ES2466165T3 - Catalytic gasification - Google Patents
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Abstract
Un gasificador (1) para la gasificacion de biomasa y residuos para producir un efluente combustible, que comprende: a) una valvula (22) de combustible, para cargar combustible sólido (11) en una primera zona de oxidación (8); b) una primera garganta (2), que define el borde inferior de la primera zona de oxidación (8); c) una segunda garganta (4), que define el borde inferior de una segunda zona de oxidación (14); d) una zona de reduccion (5), que une la primera zona de oxidación (8) con la segunda zona de oxidación (14); y e) dos tubos vorticiales de descarga (18), situados opuestamente (en la zona de reduccion), para el efluente combustible; en donde el flujo de gas en la primera zona de oxidación tiene lugar en la misma dirección que el flujo de combustible, y el flujo de gas en la segunda zona de oxidaciOn tiene lugar en dirección opuesta al flujo de combustible, y que se caracteriza por que debajo de la zona de reducción (5) esta situada una zona (3) con un catalizador microporoso, en forma de camisa (3) perforada para catalisis, que une la primera zona de oxidación (8) con los tubos de descarga (18).A gasifier (1) for the gasification of biomass and waste to produce a fuel effluent, comprising: a) a fuel valve (22), for loading solid fuel (11) into a first oxidation zone (8); b) a first throat (2), which defines the lower edge of the first oxidation zone (8); c) a second throat (4), which defines the lower edge of a second oxidation zone (14); d) a reduction zone (5), which joins the first oxidation zone (8) with the second oxidation zone (14); and e) two vortex discharge tubes (18), located opposite (in the reduction zone), for the fuel effluent; wherein the gas flow in the first oxidation zone takes place in the same direction as the fuel flow, and the gas flow in the second oxidation zone takes place in the opposite direction to the fuel flow, and which is characterized by that below the reduction zone (5) there is located a zone (3) with a microporous catalyst, in the form of a perforated jacket (3) for catalysis, which joins the first oxidation zone (8) with the discharge tubes (18 ).
Description
Gasificacion catalitica Catalytic gasification
Descripci6n detallada de la invencion Detailed Description of the Invention
La presente invenciOn se refiere a un gasificador, y a un metodo de operaci6n del gasificador, para producir un efluente combustible. The present invention relates to a gasifier, and a method of operation of the gasifier, to produce a fuel effluent
Los gasificadores se usan en la gasificacion de biomasa, combustibles fOsiles y residuos, ya sea por separado o mezclados conjuntamente, para producir una variedad de gases combustibles que se pueden usar para generar energia, por ejemplo, mediante el uso de motores de combustion interna de gas, turbinas de gas, motores diesel de combustible dual y celulas de combustible. Gasifiers are used in the gasification of biomass, fossil fuels and waste, either separately or mixed together, to produce a variety of combustible gases that can be used to generate energy, for example, through the use of internal gas combustion engines, gas turbines, diesel engines dual fuel and fuel cells.
Elinteres del uso de gasificadores para el tratamiento de productos residuales es cada vez mayor debido al aumento del coste de la eliminaciOn de residuos mediante metodos convencionales, tales como la incineraciOn o el depOsito en vertederos, impulsado por las preocupaciones medioambientales asociadas con estos metodos. The interest in the use of gasifiers for the treatment of residual products is increasing due to the increase of the cost of waste disposal by conventional methods, such as incineration or deposit in landfills, driven by environmental concerns associated with these methods.
Tipicamente, los gasificadores convencionales operan en el modo por lotes, en donde la formaciOn de escoria y carbonilla, asi como la formaciOn de puentes, crea un gas intermitente y un flujo de combustible que, a su vez, se asocia con un gas producto con alto contenido de alquitran. Por otra parte, la carbonilla formada durante el procedimiento de gasificacion no se puede descargar eficazmente, debido a las relativamente altas temperaturas locales en la zona de oxidaciOn. La gasificaciOn de combustibles con un alto contenido de cenizas puede conducir a la descarga en el gasificador de residuos con alto contenido de carbono, que luego pueden ser dificiles de eliminar. A consecuencia de estas dificultades, los gasificadores convencionales se operan hasta que haya tenido lugar la Typically, conventional gasifiers operate in batch mode, where slag formation and carbon, as well as the formation of bridges, creates an intermittent gas and a flow of fuel that, in turn, is Associates with a product gas with a high tar content. On the other hand, the carbon formed during the Gasification procedure cannot be discharged effectively, due to the relatively high temperatures premises in the oxidation zone. Gasification of fuels with a high ash content can lead to discharge into the gasifier of high carbon waste, which can then be difficult to remove. As a result of these difficulties, conventional gasifiers are operated until the
gasificaci6n complete del combustible, y luego se paran con el fin de eliminar manualmente la escoria y la carbonilla formadas en las regiones de alta temperatura del gasificador, junto con las cenizas con alto contenido en carbono. complete gasification of the fuel, and then stop in order to manually remove the slag and carbon formed in the high temperature regions of the gasifier, together with the high carbon ashes.
Un problenna adicional proviene de la operaciOn por lotes de los gasificadores, por que las condiciones de operaciOn indeseables se producen durante la fase de arranque, y si el gasificador opera a bajas temperaturas (lt;850°C) durante su uso normal, el contenido de alquitran del gas producto puede aumentar. El alquitran del gas producto se An additional problem comes from the batch operation of the gasifiers, because the operating conditions Undesirable occur during the start-up phase, and if the gasifier operates at low temperatures (<850 ° C) During normal use, the tar content of the product gas may increase. The tar of the product gas is
deposita en las partes internas del dispositivo de combusti6n usado para quemar el gas producto, bloqueando el dispositivo y requiriendo su limpieza. Los dispositivos actuales de producciOn de energia y calor, que normalmente estan incorporados en los gasificadores, no son adecuados para la utilizaciOn de un gas producto cargado de alquitran y humedad. deposits inside the combustion device used to burn the product gas, blocking the device and requiring cleaning. Current energy and heat production devices, which normally they are incorporated in the gasifiers, they are not suitable for the use of a product gas charged with tar and moisture.
En la presente invenciOn se ha descubierto que muchas de las dificultades de los gasificadores conocidos se deben In the present invention it has been found that many of the difficulties of known gasifiers are due
aque el gasificador tiene dos zonas de oxidacion, en donde el flujo de gas en la primera zona tiene lugar en direccion descendente (en la misma direcci6n que el flujo de combustible), y en la segunda zona, debajo de la primera zona, el flujo de gas tiene lugar en direccion ascendente (en direccion opuesta al flujo de combustible). A un dispositivo tal se le puede Ilamar quot;gasificador de corriente descendente-ascendentequot;, para reflejar la combinacion del flujo de gas descendente y ascendente. here the gasifier has two oxidation zones, where the flow of gas in the first zone takes place in downward direction (in the same direction as the fuel flow), and in the second zone, below the First, the gas flow takes place in the upward direction (in the opposite direction to the fuel flow). Yet such device can be called `` down-ascending gasifier '' to reflect the combination of the gas flow down and up.
Por consiguiente, un primer aspecto de la presente invenciOn proporciona un gasificador para la gasificaciOn de un combustible sOlido para producir un efluente combustible, que comprende una valvula de combustible para cargar el combustible sOlido en la primera zona de oxidacion, una primera garganta que define el borde inferior de la primera zona de oxidacion, una segunda garganta que define el borde inferior de la segunda zona de oxidaciOn, unas admisiones de aire para ambas zonas de oxidaci6n, una zona de reduccion que une la primera zona de oxidacion Therefore, a first aspect of the present invention provides a gasifier for the gasification of a solid fuel to produce a fuel effluent, comprising a fuel valve to load the solid fuel in the first oxidation zone, a first throat that defines the lower edge of the first oxidation zone, a second throat that defines the lower edge of the second oxidation zone, about air admissions for both oxidation zones, a reduction zone that joins the first oxidation zone
con la segunda zona de oxidaciOn, y dos tubos vorticiales de descarga situados opuestamente (en la zona de reduccion) para el efluente combustible, en donde en la primera zona de oxidacion el flujo de gas tiene lugar en la misma direccion que el flujo de combustible y en la segunda zona de oxidaci6n el flujo de gas tiene lugar en direcciOn opuesta al flujo de combustible, y estando caracterizado por que debajo de la zona de reducciOn este situada una zona con un catalizador microporoso, en forma de camisa perforada para catalisis, que une la primera with the second oxidation zone, and two vortex discharge tubes located opposite (in the zone of reduction) for the fuel effluent, where in the first oxidation zone the gas flow takes place in the same direction as the fuel flow and in the second oxidation zone the gas flow takes place in direction opposite to the flow of fuel, and being characterized by that below the reduction zone this located an area with a microporous catalyst, in the form of perforated jacket for catalysis, which joins the first
zona de oxidaciOn con los tubos de descarga. oxidation zone with discharge pipes.
En una ventaja particular, el gasificador es adecuado para una operaciOn continua y el metodo es un metodo de operaciOn continuo capaz de operar durante periodos prolongados, sin necesidad de parar para eliminar la escoria y la carbonilla. Esto se debe a que tiene lugar un alto grado de gasificacion, debido en parte a la uniformidad de la gasificaci6n y tambien a la capacidad de eliminar las cenizas y la escoria de la base del gasificador durante la In a particular advantage, the gasifier is suitable for continuous operation and the method is a method of continuous operation capable of operating for prolonged periods, without stopping to eliminate slag and the charcoal This is because a high degree of gasification takes place, due in part to the uniformity of the gasification and also the ability to remove ashes and slag from the base of the gasifier during the
operacion. Una ventaja adicional es la minimizacion de las horas de operacion en el nnodo de arranque, modo en el que tiende a aumentar el contenido de alquitran en el gas producto. operation. An additional advantage is the minimization of the hours of operation in the starting node, mode in the which tends to increase the tar content in the product gas.
En el gasificador de la invencion, la primera zona de oxidaciOn opera preferiblemente a una temperatura de al menos 1.000°C, mientras que la zona de reducci6n opera a una temperatura entre 600 y 900°C, mas preferiblemente a aproximadamente 850°C, y la segunda zona de oxidacion opera a una temperatura entre 700 y 800°C, mas In the gasifier of the invention, the first oxidation zone preferably operates at a temperature of at least 1,000 ° C, while the reduction zone operates at a temperature between 600 and 900 ° C, more preferably at approximately 850 ° C, and the second oxidation zone operates at a temperature between 700 and 800 ° C, plus
preferiblemente a aproximadamente 750°C. Esto asegura la uniformidad de la gasificacion. preferably at about 750 ° C. This ensures the uniformity of gasification.
Se prefiere que el gasificador de la invencion comprenda, ademas, una zona de pirolisis por encima de la primera zona de oxidacion, y una zona de almacenamiento de combustible por encima de la zona de pirOlisis. En el uso de un gasificador tal, en un metodo preferido del segundo aspecto de la invenciOn, el combustible se seca en la zona de almacenamiento de combustible y se piroliza en la zona de pirolisis, para producir un material carbonoso pirolizado It is preferred that the gasifier of the invention also comprises a pyrolysis zone above the first oxidation zone, and a fuel storage zone above the pyrolysis zone. In the use of such a gasifier, in a preferred method of the second aspect of the invention, the fuel is dried in the area of fuel storage and pyrolysed in the pyrolysis zone, to produce a pyrolized carbonaceous material
(quot;charcoalquot;, en ingles) que luego se oxida parcialmente, se reduce y se oxida aun mas. La zona de almacenamiento y/o secado de combustible preferiblemente opera a una temperatura entre 80 y 120°C, y mas preferiblemente a aproximadamente 100°C. La zona de pirolisis opera preferiblemente a una temperatura entre 500 y 700°C, mas preferiblemente a aproximadamente 600°C. El calor necesario para mantener estas temperaturas procede de la prinnera zona de oxidaci6n. (quot; charcoalquot ;, in English) which is then partially oxidized, reduced and further oxidized. Storage area and / or fuel drying preferably operates at a temperature between 80 and 120 ° C, and more preferably at approximately 100 ° C. The pyrolysis zone preferably operates at a temperature between 500 and 700 ° C, plus preferably at about 600 ° C. The heat needed to maintain these temperatures comes from the Main oxidation zone.
Preferiblemente, la zona de almacenamiento de combustible comprende una tolva que tiene una valvula de carga y que conduce a una parrilla por encima de la primera zona de oxidaciOn. Preferably, the fuel storage zone comprises a hopper that has a loading valve and which leads to a grill above the first oxidation zone.
La camisa perforada permite que el gas efluente, producido en el procedimiento de gasificaciOn, se limpie y elimine eficazmente, reduciendo su trayectoria a traves de la segunda zona de oxidaciOn. The perforated jacket allows the effluent gas, produced in the gasification process, to be cleaned and disposed of effectively, reducing its trajectory through the second oxidation zone.
El gasificador del primer aspect° de la invenciOn comprende ademas, preferiblemente, unos medios incorporados al The gasifier of the first aspect of the invention also preferably comprises means incorporated into the
tubo de descarga para mantener el gasificador por debajo de la presiOn atmosferica, de modo que el aire se aspira al gasificador a traves de unas entradas de aire apropiadas. La operaciOn del gasificador por debajo de la presiOn atmosferica proporciona un mecanismo a prueba de fallos, de tal modo que, en el caso de que fallen los medios para mantener la presi6n reducida, los procesos de combusti6n en el gasificador se detienen bruscamente debido a la falta de oxigeno, evitando una peligrosa acumulacion de gases product°. discharge tube to keep the gasifier below atmospheric pressure, so that the air is sucked into gasifier through appropriate air inlets. The operation of the gasifier below the pressure atmospheric provides a fail-safe mechanism, so that, in the event that the means to fail keep the pressure reduced, the combustion processes in the gasifier stop abruptly due to the lack of oxygen, avoiding a dangerous accumulation of product gases.
Las entradas de aire al gasificador se mantienen con succi6n negativa por medio de las tuberias principales de entrada de aire. El aire aspirado se retira de forma continua por los conductos anulares que estan situados en el circulo exterior de las zonas de oxidaciOn. Los conductos anulares proporcionan el aire a precalentar, antes de su inyeccion a las zonas de reacci6n a traves de unas boquillas de entrada de aire montadas en la superficie interna de las gargantas inclinadas. Por lo tanto, el aire precalentado tambien tiene un efecto refrigerante para las superficies The air inlets to the gasifier are maintained with negative suction through the main pipes of air entrance. The aspirated air is continuously withdrawn through the annular ducts that are located in the outer circle of oxidation zones. The annular ducts provide the air to be preheated, before its injection into the reaction zones through air intake nozzles mounted on the internal surface of the sloping throats. Therefore, preheated air also has a cooling effect for surfaces.
metalicas del gasificador a nivel de las gargantas. Metallic gasifier at the level of the throats.
En el gasificador de la presente invencion, la cuantia de la oxidacion secundaria en la segunda zona de oxidaciOn se controla mediante la cantidad de aire admitido por la valvula de admisi6n de aire secundario. In the gasifier of the present invention, the amount of secondary oxidation in the second oxidation zone is controls by the amount of air admitted by the secondary air intake valve.
Un gasificador tal se puede usar para gasificar combustibles solidos, incluidos biomasa, combustibles fOsiles, residuos o combinaciones de los misnnos, para producir un efluente combustible. El quot;combustible solidoquot; puede contener liquidos arrastrados (tales como humedad, aceite, lodos de aceite) dentro de los poros intra o interparticula de las particulas de combustible solid°. Such a gasifier can be used to gasify solid fuels, including biomass, fossil fuels, waste or combinations of the same, to produce a fuel effluent. The "solid fuel"; may contain entrained liquids (such as moisture, oil, oil sludge) inside the intra or interparticle pores of solid ° fuel particles.
Por consiguiente, un segundo aspecto de la presente invenciOn proporciona un metodo para la gasificacion de combustible sOlido para producir un efluente combustible, que usa un gasificador del primer aspecto de la invencion, que comprende las etapas de oxidar parcialmente el combustible sOlido en la primera zona de oxidaci6n para Therefore, a second aspect of the present invention provides a method for the gasification of solid fuel to produce a fuel effluent, which uses a gasifier of the first aspect of the invention, comprising the steps of partially oxidizing the solid fuel in the first oxidation zone for
producir un material pirolizado (quot;charquot;, en ingles), reducir el material pirolizado en la zona de reducci6n para formar cenizas, oxidar aOn mas en la segunda zona de oxidaci6n cualquier residuo de material pirolizado en las cenizas y extraer el efluente combustible producido en las etapas anteriores mediante el tubo de descarga, en donde en la primera zona de oxidaciOn el flujo de gas tiene lugar en la misma direcci6n que el flujo de combustible y en la segunda zona de oxidacion el flujo de gas tiene lugar en direcci6n opuesta al flujo de combustible. produce a pyrolized material (quot; charquot ;, in English), reduce the pyrolized material in the reduction zone to form ashes, further oxidize in the second oxidation zone any residue of pyrolized material in the ashes and extract the fuel effluent produced in the previous stages by means of the discharge pipe, where in the first oxidation zone the gas flow takes place in the same direction as the fuel flow and in the second oxidation zone the gas flow takes place in the opposite direction to the fuel flow.
Preferiblemente, el efluente combustible producido en ambas zonas a una temperatura de alrededor de 850°C pasa a traves de un anillo c6nico perforado que se rellena con un catalizador microporoso para craquear los alquitranes residuales, justo antes de salir del gasificador. Preferably, the fuel effluent produced in both zones at a temperature of about 850 ° C passes through a perforated conical ring that is filled with a microporous catalyst to crack the tars residuals, just before leaving the gasifier.
Preferiblemente, el combustible sOlido para el gasificador y el metodo de acuerdo con la invencion, incorpora biomasa, tal como residuos liquidos, aceites residuales o lodos de petrOleo, o combustibles fOsiles o residuos o Preferably, the solid fuel for the gasifier and the method according to the invention incorporates biomass, such as liquid waste, residual oils or oil sludge, or fossil fuels or waste or
combinaciones de los mismos, como se ha definido en lo que antecede, que son absorbidos dentro de los poros intraparticula e interparticula de un vehiculo de combustible adecuado. Preferiblemente, el vehiculo de combustible tiene una alta porosidad interna y mas preferiblemente esta en forma fibrosa para proporcionar una amplia porosidad interparticula. Preferiblemente, el residuo liquido se mezcla con el vehiculo y se briquetea con el fin de densificar el combustible de material compuesto. combinations thereof, as defined above, which are absorbed into the pores intraparticle and interparticle of a suitable fuel vehicle. Preferably, the fuel vehicle it has a high internal porosity and more preferably it is in fibrous form to provide a wide porosity interparticle Preferably, the liquid residue is mixed with the vehicle and briquetted in order to densify the composite fuel.
La biomasa que se puede gasificar mediante el gasificador y el metodo de gasificaciOn de la invenciOn puede incluir cualquiera de las extremadamente variadas fuentes convencionales, e incluye, por ejemplo, madera y lignocelulosas, serrin, carbOn, cascaras de frutos secos, lodos de aguas residuales, residuos de cuero, residuos de neurnaticos y de plasticos, residuos urbanos o materiales residuales domesticos, huesos de aceituna, harina de semillas de colza, residuos clinicos, basura y estiercol de polio y ganado, residuos de nnataderos, residuos de The biomass that can be gasified by the gasifier and the method of gasification of the invention may include any of the extremely varied conventional sources, and includes, for example, wood and lignocelluloses, sawdust, carbon, nutshells, sewage sludge, leather waste, waste plastic and plastic, urban waste or domestic residual materials, olive bones, flour rapeseed, clinical waste, garbage and manure from polio and livestock, waste from nnataderos, waste from
chocolate amargo, sebo, residuos de papel, residuos de comida, bagazo de cana de azOcar, aceite residual, lodos de petroleo, finos de carbon, residuos de huesos, residuos agricolas y mezclas de biomasa con residuos fosiles, tales como lodos de petroleo mezclados con residuos de huesos, lodos de aguas residuales, serrin o harina de semillas de colza. Bitter chocolate, tallow, paper waste, food waste, sugarcane bagasse, residual oil, sludge of petroleum, carbon fines, bone waste, agricultural waste and biomass mixtures with fossil waste, such as oil sludge mixed with bone waste, sewage sludge, sawdust or flour rapeseed seeds
Un vehiculo adecuado se puede seleccionar de serrin, residuos de huesos triturados procedentes de mataderos, residuos de pan/comida, residuos urbanos, lodos secos de aguas residuales, paja troceada, harina de semillas de colza y bagazo de calla de azilcar. A suitable vehicle can be selected from sawdust, crushed bone waste from slaughterhouses, bread / food waste, urban waste, dry sewage sludge, chopped straw, seed meal rapeseed and calla de azilcar bagasse.
Es preferible usar briquetas o pastillas de combustible (tal como biomasa o materiales carbonosos residuales) de It is preferable to use briquettes or fuel pellets (such as biomass or residual carbonaceous materials) of
tamario uniforme a fin de conseguir una distribuci6n uniforme del aire durante la gasificaciOn. Tambien es preferible que el diametro maxim° de las briquetas de combustible no sea mayor que un octavo de la parte mas estrecha del gasificador, para evitar la formaciOn de puentes. uniform schedule to achieve a uniform distribution of air during gasification. It is also preferable that the maximum diameter of the fuel briquettes is not greater than one eighth of the narrowest part of the gasifier, to avoid the formation of bridges.
En el metodo de gasificacion, la cuantia de la oxidaci6n secundaria requerida depende del contenido de material pirolizado que queda en las cenizas de los combustibles. En los gasificadores convencionales, los combustibles con In the gasification method, the amount of secondary oxidation required depends on the material content Pyrolized remaining in the ashes of fuels. In conventional gasifiers, fuels with
unalto contenido de cenizas, como los lodos de aguas residuales, residuos de cuero, lodos de residuos de petroleo, residuos domesticos (RDF), harina de huesos, estiercol de pollo y ganado, generalmente dan lugar a una baja conversiOn del carbono debido a que las cenizas aislan parte del carbono en la zona principal de oxidacion. high ash content, such as sewage sludge, leather waste, oil residue sludge, domestic waste (RDF), bone meal, chicken manure and cattle, generally result in a low carbon conversion because the ashes isolate part of the carbon in the main oxidation zone.
Se describe aqui mas adelante, pero sin formar parte de la invenciOn reivindicada, un sistema de gasificaciOn que comprende, en serie: el gasificador de la invenciOn, un lavador de agua, una unidad de filtro de polimero, un It is described here below, but without being part of the claimed invention, a gasification system that it comprises, in series: the gasifier of the invention, a water washer, a polymer filter unit, a
ventilador, una unidad de filtro de polimero adicional y unos medios para la salida del gas product° para la generaciOn de energia, tales como una chimenea de efluentes que conduce a una ubicaci6n para una ignici6n limpia. fan, an additional polymer filter unit and means for the output of the product gas for power generation, such as an effluent chimney that leads to a location for an ignition clean.
Preferiblemente, el sistenna comprende una derivaciOn del filtro para su uso durante el arranque. Preferiblemente, los filtros comprenden unas unidades de doble filtro, que cada una funciona en tandem, de tal modo que sOlo opera al mismo tiempo en el modo de filtrado una de las mitades de cada unidad de doble filtro, operando la otra mitad en el modo de regeneraci6n. Preferably, the system comprises a bypass of the filter for use during startup. Preferably, the filters comprise double filter units, which each operates in tandem, so that it only operates at same time in the filtering mode one of the halves of each double filter unit, operating the other half in the regeneration mode.
En un aspecto adicional de la invenciOn no reivindicado se proporciona un metodo para operar un sistema de gasificaciOn como se ha definido anteriormente, que comprende gasificar un combustible sOlido como se ha definido anteriormente, hacer pasar los gases producto a traves de un lavador para limpiarlos de particulas y de toxinas In a further aspect of the unclaimed invention there is provided a method for operating a system of gasification as defined above, which comprises gasifying a solid fuel as defined previously, pass the product gases through a scrubber to clean them of particles and toxins
solubles en agua, asi como de acidos, un filtro para absorber el alquitran y la humedad, un ventilador para acelerar los gases, un segundo filtro para absorber el alquitran y la humedad adicionales, para producir un gas para ignici6n limpia. Con el fin de eliminar los acidos del gas, el pH del lavador de agua es bajo. soluble in water, as well as acids, a filter to absorb tar and moisture, a fan to accelerate gases, a second filter to absorb additional tar and moisture, to produce an ignition gas clean. In order to remove the acids from the gas, the pH of the water washer is low.
Preferiblemente, el gas procedente del lavador de agua no pasa por el primer filtro durante el arranque. Preferiblemente, el gas es filtrado al mismo tiempo en cada una de las mitades de la unidad de doble filtro, estando Preferably, the gas from the water washer does not pass through the first filter during start-up. Preferably, the gas is filtered at the same time in each of the halves of the double filter unit, being
regenerandose la otra mitad, lo mas preferiblemente con gases de escape calientes. En una particular ventaja, el gas que sale del ventilador esta a una presi6n alta, lo que conduce a una condensaci6n adicional del alquitran y la humedad en la segunda unidad de doble filtro de polimero. regenerating the other half, most preferably with hot exhaust gases. In a particular advantage, the gas leaving the fan is at a high pressure, which leads to additional condensation of the tar and the moisture in the second polymer double filter unit.
En una ventaja adicional de la invenciOn, el sistema de la invencion y el metodo para la operacion del mismo produce un gas que es adecuado para los dispositivos de produccion de energia y calor, que tiene un bajo contenido dealquitran y humedad, y que preferiblemente esta sustancialmente exento de alquitran y humedad. In an additional advantage of the invention, the system of the invention and the method for its operation produces a gas that is suitable for energy and heat production devices, which has a low content tar and moisture, and preferably is substantially free of tar and moisture.
Se ha encontrado ahora que la extracciOn de la humedad y del alquitran se puede mejorar aun mas con el uso de un filtro de polimero microcelular de celula abierta. It has now been found that the extraction of moisture and tar can be further improved with the use of a Open cell microcellular polymer filter.
Por consiguiente, en un aspecto adicional de la invencion se proporciona un filtro de polimero que comprende un polimero polyHIPE microcelular de celula abierta que comprende unos poros en el intervalo de 0,1 a de 300 Accordingly, in a further aspect of the invention a polymer filter is provided comprising a polyHIPE open cell microcellular polymer comprising pores in the range of 0.1 to 300
micrOmetros (poros primarios) y, opcionalmente, adicionalmente en el intervalo de 300 a 10.000 micrOmetros (poros coalescentes), en donde el polimero es eficaz para la absorci6n de agua y alquitran en gases, y un metodo para la preparaci6n del mismo. micrometers (primary pores) and, optionally, additionally in the range of 300 to 10,000 micrometers (pores coalescing), where the polymer is effective for the absorption of water and tar in gases, and a method for the preparation thereof.
Como materiales absorbentes del agua se puede usar tanto la forma acida como la de sal neutralizada de los polimeros microcelulares sulfonados (quo tambien se conocen como polimeros PolyHIPE). As the water-absorbing materials, both the acid and neutralized salt form of the sulfonated microcellular polymers (which are also known as PolyHIPE polymers).
Estos polimeros se preparan usando la ensetianza de nuestra solicitud de patente anterior, (polimeros microcelulares como medios de crecimiento celular y nuevos polimeros, patente EP-1183328, patente de EE.UU. N° 09/856.182). Para la absorciOn del agua es posible usar polimeros con poros primarios y, opcionalmente, adicionalmente coalescentes. A continuacion se describe estos tipos de poros: These polymers are prepared using the settling of our previous patent application, (polymers microcellular as cell growth media and new polymers, EP-1183328, US Pat. N ° 09 / 856,182). For water absorption it is possible to use polymers with primary pores and, optionally, additionally coalescing. These types of pores are described below:
Poros primarios en el intervalo de 0,1-300 pm; por ejemplo, poros de tame* pequetio: 0,1-0,5 pm y poros de tamano grande: 0,5 a 300 pm. Primary pores in the range of 0.1-300 pm; for example, pores of tame * small: 0.1-0.5 pm and pores of large size: 0.5 to 300 pm.
Poros coalescentes en el intervalo de 300-10,000 pm. Preferiblemente, los poros coalescentes tienen un tamano de poros en el intervalo de 300 a 1.000 pm. Coalescing pores in the range of 300-10,000 pm. Preferably, the coalescing pores have a size of pores in the range of 300 to 1,000 pm.
Mediante los metodos quo se describen a continuacion se puede obtener un polimero polyhipe de un diametro de poros particular. En los polimeros de celula abierta, las comunicaciones intercelulares se conocen como Using the methods quo described below, a polyhipe polymer with a diameter of particular pores In open cell polymers, intercellular communications are known as
interconexiones. Un polimero polyHIPE puede tener cualquier relaciOn deseada entre el diametro de las interconexiones (d) y el de los poros (D), por ejemplo en el intervalo 0lt;d/Dlt;0,5, preferiblemente en el intervalo 0,1lt;d/Dlt;0,5 cuando el diametro de los poros es aproximadamente menor que 200 micrOmetros. Las interconexiones pueden tener un diametro en el intervalo de hasta 100 micrOmetros, preferiblemente 0,001 a 100 micrometros, mas interconnections. A polyHIPE polymer can have any desired relationship between the diameter of the interconnections (d) and that of the pores (D), for example in the range 0lt; d / Dlt; 0.5, preferably in the range 0.1lt; d / Dlt; 0.5 when the pore diameter is approximately less than 200 micrometers. Interconnections they can have a diameter in the range of up to 100 micrometers, preferably 0.001 to 100 micrometers, more
preferiblemente 1-50 micrOmetros. preferably 1-50 micrometers.
Los polimeros polyhipe ester) disponibles comercialmente o se pueden preparar usando los metodos que se describen en la patente de EE.UU. N° 5.071.747 y en las publicaciones de patente adicionales alli referidas o que se describen mas adelante. Commercially available polyhipe ester polymers or can be prepared using the methods that are described in US Pat. No. 5,071,747 and in the additional patent publications referred thereto or which described later.
El polimero generic° polyhipe que este disponible comercialmente comprende un polimero polyhipe de polivinilo y se The commercially available generic ° polyhipe polymer comprises a polyvinyl polyhipe polymer and is
compone de unos monOmeros de estireno en fase oleosa, divinilbenceno (DVB) y un tensioactivo (monooleato de sorbitan Span 80), y puede estar en forma rigida o flexible dependiendo de las proporciones relatives de los monOmeros, incluyendo adicionalmente en la forma flexible el monomer° de acrilato de 2-etilhexilo, y en la fase acuosa una cantidad de persulfato de potasio como iniciador de la fase acuosa. It consists of oily-phase styrene monomers, divinylbenzene (DVB) and a surfactant (monooleate sorbitan Span 80), and can be rigid or flexible depending on the relative proportions of the monomers, additionally including in the flexible form the monomer ° of 2-ethylhexyl acrylate, and in the phase aqueous an amount of potassium persulfate as an initiator of the aqueous phase.
Sin embargo, debido a la presencia de azufre en el polimero, su uso en la limpieza de gas puede que no sea deseable para el medio ambiente. Por lo tanto, se prefiere usar otras formas de polimeros microcelulares. However, due to the presence of sulfur in the polymer, its use in gas cleaning may not be desirable for the environment. Therefore, it is preferred to use other forms of microcellular polymers.
Cuando no es deseable el uso de grupos azufre en el polimero, es preferible usar iniciadores de la fase oleosa tales como el perOxido de laurilo (1% de la fase oleosa). When the use of sulfur groups in the polymer is undesirable, it is preferable to use oil phase initiators such as lauryl peroxide (1% of the oil phase).
Por lo tanto, un primer polimero polyHIPE nuevo comprendido en un filtro de la invencion incorpora un iniciador de la fase oleosa, preferiblemente 1,1-azobis(ciclohexancarbonitrilo) o perOxido de laurilo en 1% de la fase oleosa de la emulsiOn. Therefore, a first new polyHIPE polymer comprised in a filter of the invention incorporates an initiator of the oil phase, preferably 1,1-azobis (cyclohexanecarbonitrile) or lauryl peroxide in 1% of the oil phase of the emulsion.
Un segundo polimero polyHIPE nuevo comprendido en un filtro de la invencion incorpora un mon6mero (tal como la 2-vinilpiridina) para hacer que el polimero sea adsorbente sin provocar la ruptura de la emulsiOn, estando presente preferiblemente en una cantidad de 5-10%. Los nuevos polimeros pueden incorporar adicionalmente un monomer° (tal como el acrilato de 2-etilhexilo) para incorporar elasticidad y mejorar la absorbencia de choque mecanico y unas A second new polyHIPE polymer comprised in a filter of the invention incorporates a monomer (such as the 2-vinylpyridine) to make the polymer adsorbent without causing the emulsion to break, being present preferably in an amount of 5-10%. The new polymers can additionally incorporate a monomer ° (such as 2-ethylhexyl acrylate) to incorporate elasticity and improve mechanical shock absorbency and some
buenas caracteristicas de abrasion. La elasticidad tambien es Citil para mejorar la capacidad de captaciOn del agua del polimero hidrofilo. El valor preferido de la concentraciOn de acrilato de 2-etilhexilo es de hasta Y = 30%, pero mas preferiblemente Y = 15%. Good abrasion characteristics. The elasticity is also Citil to improve the capacity of water uptake of the hydrophilic polymer. The preferred value of the 2-ethylhexyl acrylate concentration is up to Y = 30%, but more preferably Y = 15%.
Un tercer polimero polyHIPE nuevo comprendido en un filtro de la invenciOn incorpora un mon6mero de vinilpiridina (con o sin un mon6mero de acrilato de 2-etilhexilo) en forma de una estructura polyhipe de piel-nucleo, en la que el A third new polyHIPE polymer comprised in a filter of the invention incorporates a vinylpyridine monomer (with or without a 2-ethylhexyl acrylate monomer) in the form of a skin-core polyhipe structure, in which the
nude° del polimero este sulfonado pero la piel no este sulfonada, aunque a pesar de ello es adsorbente del agua. Esto se realize mediante inyectar en el nude° del polimero una pequefia cantidad de acid° sulft:wico y, posteriormente, sulfonar este polimero usando metodos conocidos. Esto asegura que la parte que contiene azufre sea encapsulada, pero todavia una parte del polimero puede adsorber el agua. nude ° of the polymer is sulphonated but the skin is not sulphonated, although in spite of this it is adsorbent of the water. This is done by injecting in the nude ° of the polymer a small amount of acid ° sulft: wico and, subsequently, sulfonate this polymer using known methods. This ensures that the sulfur-containing part be encapsulated, but still a part of the polymer can adsorb water.
Se ha descubierto que los polimeros no se deben secar excesivamente durante la quot;etapa de secadoquot;. Un secado It has been discovered that polymers should not be dried excessively during the "drying stage". A drying
excesivo da lugar a la reducci6n de la capacidad de absorciOn de agua del polimero, asi como a la reducciOn de la tasa de captaciOn de agua. Tipicamente, la capacidad de absorciOn de agua de estos polimeros es 10-12 veces su propio peso. excessive results in the reduction of the water absorption capacity of the polymer, as well as the reduction of the water catchment rate. Typically, the water absorption capacity of these polymers is 10-12 times their own weight
El polimero de la invenciOn puede ser natural o sintetico, soluble o insoluble, opcionalmente puede ser un polimero reticulado biodegradable, seleccionado preferiblemente entre las proteinas y la celulosa, la poliacrilamida, el The polymer of the invention can be natural or synthetic, soluble or insoluble, optionally it can be a polymer biodegradable crosslinking, preferably selected from proteins and cellulose, polyacrylamide,
polivinilo en forma rigida o flexible, el poli(acido lactico), el poli(acido glicOlico), la policaprolactona, el poli(lactido/glicolido) y la poliacrilamida. rigid or flexible polyvinyl, poly (lactic acid), poly (glycolic acid), polycaprolactone, poly (lactide / glycolide) and polyacrylamide.
En una primera etapa, el procedimiento para la preparaciOn de polimeros polyhipe microcelulares comprende la formaciOn de una emulsiOn de alta fase interna (HIPE) de la fase dispersa en la fase continua, en donde la fase dispersa puede estar vacia o puede contener materiales disueltos o dispersos, y en la fase continua estan presentes In a first stage, the process for the preparation of microcellular polyhipe polymers comprises the formation of an emulsion of high internal phase (HIPE) of the dispersed phase in the continuous phase, where the phase dispersed may be empty or may contain dissolved or dispersed materials, and in the continuous phase they are present
monomeros, oligOmeros y/o pre-polimeros, la homogeneizaci6n y la polimerizaciOn de los mismos, por medio de introducir en la primera etapa la fase dispersa mediante su dosificacion controlada en la fase continua, con mezcladura controlada a temperatura controlada, para conseguir una emulsion, y posteriormente homogeneizar durante un period° controlado bajo deformacion y polimerizacion controladas, bajo condiciones de temperatura y presion controladas. monomers, oligomers and / or prepolymers, homogenization and polymerization thereof, by means of introduce the dispersed phase in the first stage through controlled dosing in the continuous phase, with controlled mixing at controlled temperature, to achieve an emulsion, and then homogenize during a controlled period under controlled deformation and polymerization, under temperature conditions and controlled pressure.
Poros del tipo-1 (poros base): Esta es la estructura basica de los poros cuyo tamario se determina en la etapa de emulsificacion de la formacion del PHP. Por lo tanto, el tamano de poros se determina principalmente mediante el historial de deformacion (flujo) de la emulsion. La integridad de estos poros se mantiene durante la polimerizacion y en esta etapa se forman las interconexiones. Dependiendo de la composicion quimica de las fases oleosa y acuosa, el volumen de las fases y las condiciones de polimerizacion, tales como la temperatura y la presiOn, se puede Type-1 pores (base pores): This is the basic structure of the pores whose schedule is determined at the stage of emulsification of PHP training. Therefore, the pore size is mainly determined by the history of deformation (flow) of the emulsion. The integrity of these pores is maintained during polymerization and at this stage the interconnections are formed. Depending on the chemical composition of the oil and water phases, The volume of the phases and the polymerization conditions, such as temperature and pressure, can be
controlar el tamafio de las interconexiones en el intervalo 0lt;d/Dlt;0,5. control the size of the interconnections in the range 0lt; d / Dlt; 0.5.
Poros del tipo-2 (poros coalescentes): Este tipo de arquitectura de poros se obtiene a tray& de la coalescencia controlada de los poros de tipo 1 durante la polimerizaciOn. Las goticulas de la fase dispersa en la emulsion del PHP se fusionan mediante la adiciOn a la fase acuosa de polimeros solubles en agua, o mediante la adici6n a la fase oleosa de aceites ligeramente hidrOfilos (tales como el oxido de estireno) o mediante la elevacion de la Type-2 pores (coalescing pores): This type of pore architecture is obtained by tray & coalescence controlled of type 1 pores during polymerization. The droplets of the dispersed phase in the PHP emulsion they are fused by adding to the aqueous phase of water soluble polymers, or by adding to the phase oil of slightly hydrophilic oils (such as styrene oxide) or by raising the
concentracion de los monomeros en la emulsiOn. En este caso, el tame() de las interconexiones es el mismo que el de los poros del tipo-1 que forman una matriz que incorpora los poros fusionados. Sin embargo, la relacion d/D es muy pequeria debido al hecho de que los poros fusionados son muy grandes en comparaci6n con los poros base. concentration of the monomers in the emulsion. In this case, the tame () of the interconnections is the same as the of the pores of type-1 that form a matrix that incorporates the fused pores. However, the d / D ratio is very small due to the fact that the fused pores are very large compared to the base pores.
Las emulsiones de tamario de poros muy pequerio (0,1 a 0,5 pm) se obtienen usando unos flujos de muy alta velocidad de deformaci6n en donde el flujo es predominantemente extensional y la temperatura de emulsificaciOn es tan baja conno sea posible. Las emulsiones de tame° de poros grande (0,5 a 300 pm, por ejemplo prOximas a 200 pm) se obtienen a altas temperaturas y justo por encima de la velocidad de deformaciOn critica, por debajo de la cual la emulsiOn se invierte total o parcialmente, por ejemplo, para un sistema del tipo aceite en agua. Para un sistema dado, se puede determinar la velocidad de deformaciOn critica mediante, por ejemplo, la variaciOn de la velocidad de adici6n o la velocidad de deformacion durante la mezcladura. Estas emulsiones tambien se deben tratar en un corto Very small pore size emulsions (0.1 to 0.5 pm) are obtained using very high flows strain rate where the flow is predominantly extensional and the emulsification temperature is as low as possible. Tame ° emulsions of large pores (0.5 to 300 pm, for example close to 200 pm) are obtained at high temperatures and just above the critical deformation rate, below which The emulsion is totally or partially reversed, for example, for an oil-in-water type system. For a system given, the critical strain rate can be determined by, for example, the variation in the speed of addition or strain rate during mixing. These emulsions should also be treated in a short
periodo de tiempo, usando predominantemente flujos de cortadura. period of time, using predominantly shear flows.
Las emulsiones de poros muy grandes (300 a 10.000 pm, preferiblemente hasta 1.000 pm) se obtienen durante la polimerizacion a traves del metodo de coalescencia de poros controlada. Hay dos metodos para conseguir la coalescencia controlada: 1) mediante la adiciOn a la fase acuosa (dispersa) de una cantidad conocida de polimero soluble en agua, o 2) mediante la adici6n a la fase oleosa continua de solutos de material de quot;cargaquot;. En ambos Very large pore emulsions (300 to 10,000 pm, preferably up to 1,000 pm) are obtained during the polymerization through the controlled pore coalescence method. There are two methods to get the controlled coalescence: 1) by adding to the aqueous (dispersed) phase a known amount of polymer soluble in water, or 2) by adding to the continuous oil phase solutes of material from "cargo". In both
metodos, es importante la concentraci6n y el tipo de estos aditivos. Si las concentraciones son bajas, estos aditivos dan lugar a polimeros polyhipe con unos poros en el intervalo de 1-200 pm con algunas propiedades deseadas. Si la concentraciOn esta por encima de un cierto valor, comienzan a formarse poros coalescentes. En este caso, el tamano de los poros esta determinado por el tamario de los poros antes del inicio de la coalescencia, la temperatura de polimerizaciOn y la concentraci6n, el peso molecular y el tipo de aditivo. methods, the concentration and type of these additives is important. If the concentrations are low, these additives they give rise to polyhipe polymers with pores in the range of 1-200 pm with some desired properties. If the Concentration is above a certain value, coalescing pores begin to form. In this case, the Pore size is determined by the pore size before the start of coalescence, the temperature of polymerization and concentration, molecular weight and type of additive.
La emulsion puede obtenerse a partir de cualquier fase inmiscible deseada que forme una fase continua y dispersa, preferiblemente a partir de fases acuosas y no acuosas, mas preferiblemente de fases acuosas y oleosas. La emulsiOn obtenida puede ser una emulsion acuosa en aceite o una emulsion de aceite en agua. The emulsion can be obtained from any desired immiscible phase that forms a continuous and dispersed phase, preferably from aqueous and non-aqueous phases, more preferably from aqueous and oily phases. The Emulsion obtained can be an aqueous emulsion in oil or an emulsion of oil in water.
Por medio de la dosificaciOn controlada de la fase dispersa en la fase continua, es posible conseguir la emulsion deseada. En un mezclador por lotes, la dosificaci6n de la fase dispersa preferentemente se realiza desde la parte By means of the controlled dosing of the dispersed phase in the continuous phase, it is possible to achieve the emulsion desired. In a batch mixer, the dosage of the dispersed phase is preferably carried out from the part
inferior del mezclador, usando unos puntos de entrada individuales o multiples. La alimentacion por entradas multiples dio lugar a emulsiones de poros mayores. Si la velocidad de dosificaciOn era muy rapida, la mezcladura creada por el chorro emergente de fase acuosa fue demasiado intensa y, por ello, disminuy6 el tarnario de poros de la emulsiOn. Por lo tanto, la combinacion de puntos de alimentaciOn mUltiples con una dosificaciOn relativamente prolongada cre6 una emulsiOn de poros grandes. Despues de la terminaci6n de la dosificaciOn, la emulsion se tuvo que homogeneizar, pero disminuyO el tame() de poros si el periodo de homogeneizacion era largo. bottom of the mixer, using single or multiple entry points. Ticket feeding Multiple resulted in emulsions of larger pores. If the dosage rate was very fast, the mixing created by the emerging water phase jet was too intense and, therefore, the pore tarnario of the emulsion. Therefore, the combination of multiple feeding points with a relatively dosing prolonged created an emulsion of large pores. After the completion of the dosage, the emulsion was taken than homogenize, but the pore size () decreased if the homogenization period was long.
La mezcladura controlada como se ha definido anteriormente puede ser critica o extensa. La mezcladura critica es una mezcladura suficiente para provocar la dispersi6n de la fase acuosa en la fase oleosa sin inversion de fases. La mezcladura critica se obtiene mediante el uso de un campo de mezcla honnogeneo en el que el tamario de los poros es sustancialmente uniforme, lo que evita la ruptura de la emulsiOn y la inversion de fases. Controlled mixing as defined above may be critical or extensive. The critical mix is sufficient mixing to cause dispersion of the aqueous phase in the oil phase without phase inversion. The Critical mixing is obtained by using a honnogeneous mixing field in which the pore size It is substantially uniform, which avoids the breaking of the emulsion and the reversal of phases.
La mezcladura se puede hacer mediante cualquier medio adecuado para proporcionar un campo de mezcla homogeneo sustancialmente en todo el volumen de las dos fases, y preferiblemente la mezcladura se realiza mediante cuchillas multiples, toberas mOltiples y similares. Mixing can be done by any suitable means to provide a mixing field. substantially homogeneous throughout the volume of the two phases, and preferably mixing is performed by multiple blades, multiple nozzles and the like.
Contrariamente a la enserianza de la patente de EE.UU. N° 5.071.747, se ha encontrado previamente que la consecuciOn de una emulsion estable con un diametro de poros grande se logra reduciendo al minim° la intensidad dela mezcladura. En consecuencia, por medio de una dosificacion, una mezcladura homogenea y similares, se puede obtener una emulsiOn estable prescindiendo de la necesidad de una mezcladura intensa. La homogeneizacion se puede Ilevar a cabo en un bucle extern° usando una bomba, tal como una bomba de engranajes o una bomba de tornillo, que tambien puede estar conectada a un mezclador estatico o dinamico. Unos tipos de mezcladores estaticos o dinamicos adecuados para este tipo de homogeneizaci6n se describen en: Akay, Contrary to the teaching of US Pat. No. 5,071,747, it has been previously found that the Achieving a stable emulsion with a large pore diameter is achieved by minimizing intensity of mixing. Consequently, by means of a dosage, a homogeneous mixing and the like, You can obtain a stable emulsion regardless of the need for intense mixing. The homogenization can be carried out in an external loop using a pump, such as a pump gears or a screw pump, which can also be connected to a static or dynamic mixer. Some Types of static or dynamic mixers suitable for this type of homogenization are described in: Akay,
G.; Irving, GN; Kowalski, A.J.; Machin, D. Dynamic mixing apparatus for the production of liquid compositions. Patente de EE.UU. N° 6.345.907, 12 de febrero de 2002, y Akay, G. Method and apparatus for processing flotable materials and microporous polymers. Solicitud de patente internacional. Publicacion del PCT WO 2004/004880, 15 de enero de 2004. G .; Irving, GN; Kowalski, A.J .; Machin, D. Dynamic mixing apparatus for the production of liquid compositions. U.S. Patent No. 6,345,907, February 12, 2002, and Akay, G. Method and apparatus for floating processing materials and microporous polymers. International patent application. PCT Publication WO 2004/004880, 15 January 2004.
La dosificacion, la emulsificaciOn y la homogeneizacion se pueden realizar a cualquier temperatura adecuada, Dosing, emulsification and homogenization can be performed at any suitable temperature,
dependiendo del tamario de poros del polimero Polyhipe final. Si el tamario de poros deseado es grande, la temperatura preferida es alta, aunque, no obstante, por debajo del punto de ebullicion de la fase de punto de ebulliciOn mas bajo. Cuando la fase acuosa es la fase de punto de ebulliciOn mas bajo, esta hierve a alrededor de 100°C. Se ha encontrado que el procedimiento de la invenciOn, que emplea una temperatura de emulsificaciOn de 60°C o mayor, da lugar a la obtenci6n de polimeros que tienen un tamario de poros superior a 60 micrOmetros. El depending on the pore size of the final Polyhipe polymer. If the desired pore size is large, the preferred temperature is high, although, nevertheless, below the boiling point of the point phase of lower boiling. When the aqueous phase is the lowest boiling point phase, it boils at about 100 ° C It has been found that the process of the invention, which employs an emulsification temperature of 60 ° C or higher, results in the obtaining of polymers having a pore size greater than 60 micrometers. He
aumento de la temperatura de emulsificaciOn por encinna de 60°C da lugar a un aumento espectacular del tamatio de poros en una cuantia mayor que la conseguida por un aumento similar de la temperatura por debajo de 60°C. an increase in the emulsification temperature per enclosure of 60 ° C results in a dramatic increase in the size of pores in an amount greater than that achieved by a similar increase in temperature below 60 ° C.
La temperatura maxima de la emulsificaciOn puede ser mayor que la temperatura de ebullicion normal de la fase de punto de ebulliciOn nnas bajo, por ejemplo, la fase de punto de ebullicion mas bajo puede incluir cualquier The maximum emulsification temperature may be higher than the normal boiling temperature of the phase of low boiling point, for example, the lowest boiling point phase may include any
componente adecuado adaptado para elevar el punto de ebulliciOn. Preferiblemente, la fase acuosa incluye un electrolito que sea estable a 100°C y sea potencialmente inerte. Esto significa que, preferiblemente, el procedimiento se Ileva a cabo a presiones elevadas cuando la tennperatura esta por encima del punto de ebulliciOn del mon6mero. El intervalo de temperaturas preferido para las emulsiones de tamatio de poros alto es 70-110°C. suitable component adapted to raise the boiling point. Preferably, the aqueous phase includes a electrolyte that is stable at 100 ° C and is potentially inert. This means that, preferably, the procedure it is carried out at high pressures when the temperature is above the boiling point of the monomer. The preferred temperature range for high pore tamatium emulsions is 70-110 ° C.
La emulsificacion y la posterior polinnerizacion se pueden Ilevar a cabo a temperaturas por encima del punto de ebulliciOn normal de los materiales de la fase acuosa o continua, mediante el aumento de la presion por encima de la presion atmosferica usando un equipo de tratamiento continuo en circuito cerrado. Emulsification and subsequent pollination can be carried out at temperatures above the point of normal boiling of the materials of the aqueous or continuous phase, by increasing the pressure above the atmospheric pressure using continuous closed circuit treatment equipment.
El procedimiento se puede Ilevar a cabo mediante el uso de iniciadores adicionales de fase acuosa u oleosa, agentes de reticulaciOn, materiales de carga y similares, y se prefiere que estos sean estables a la temperatura maxima de operaci6n como se ha definido anteriormente. La seleccion de iniciadores, agentes de reticulacion y The process can be carried out by the use of additional aqueous or oil phase initiators, crosslinking agents, fillers and the like, and it is preferred that these are temperature stable maximum operation as defined above. The selection of initiators, crosslinking agents and
similares se hace con referencia a la viscosidad aceptable de las fases a emulsionar y homogeneizar. Puede ser aceptable reducir la cantidad de agente de reticulaciOn requerida mediante el uso de una proporcion de prepolimeros y pre-polimeros parcialmente reticulados, opcionalmente con el uso de un adecuado material de carga de la fase oleosa para aumentar el volumen de la fase oleosa y reducir la viscosidad efectiva. Similar is done with reference to the acceptable viscosity of the phases to be emulsified and homogenized. Can be acceptable to reduce the amount of crosslinking agent required by using a proportion of partially crosslinked prepolymers and prepolymers, optionally with the use of a suitable filler material of the oil phase to increase the volume of the oil phase and reduce the effective viscosity.
Preferiblemente, el procedimiento de la invencion se caracteriza por el uso de un iniciador de la fase oleosa, junto Preferably, the process of the invention is characterized by the use of an oil phase initiator, together
con, o en lugar de, un iniciador de la fase acuosa tal como se conoce en la tecnica. Los iniciadores de la fase acuosa se pueden emplear para la operacion a temperaturas mas bajas, e incluyen el sodio o el persulfato de potasio. Para la operaci6n a temperatura elevada por encima de 80°C, preferiblemente se usan iniciadores de la fase oleosa, por ejemplo, el 1,1-azobis(ciclohexancarbonitrilo) o el perOxido de laurilo. with, or instead of, an aqueous phase initiator as is known in the art. The initiators of the aqueous phase they can be used for operation at lower temperatures, and include sodium or potassium persulfate. For operation at elevated temperature above 80 ° C, oil phase initiators are preferably used, for example, 1,1-azobis (cyclohexanecarbonitrile) or lauryl peroxide.
El agente de reticulaciOn puede ser, por ejemplo, el divinilbenceno (DVB). Si se requiere que el polimero polyhipe The crosslinking agent may be, for example, divinylbenzene (DVB). If the polyhipe polymer is required
sea biodegradable, se pueden obtener agentes de reticulaciOn hidrolizables. Estos agentes de reticulaciOn son el diacrilato de etileno, la N-N'-dialil-tartardiamida, la N-N(1,2-dihidroxietano)-bis-acrilannida, y la N-N'-Nquot;-trialilcitrictriamida. Sin embargo, en este caso de agentes de reticulaciOn biodegradables, el propio polimero debe ser biodegradable. Estos polimeros son el poli(acido lactico), el poli(acido glicolico), la poli(E-caprolactama) y la poliacrilamida. be biodegradable, hydrolysable crosslinking agents can be obtained. These crosslinking agents are the ethylene diacrylate, N-N'-diallyl-tartardiamide, N-N (1,2-dihydroxyethane) -bis-acrylannide, and N-N'-Nquot; -trialylcitrictriamide. However, in this case of biodegradable crosslinking agents, the polymer itself must be biodegradable. These polymers are poly (lactic acid), poly (glycolic acid), poly (E-caprolactam) and polyacrylamide
Cuando para formar la estructura microcelular se necesitan polimeros solubles en agua, es preciso que sean reticulados. En el caso de tales polimeros, el mon6mero (tal como la acrilamida) se disuelve en agua y se forma una emulsion HIPE dosificando esta soluciOn de monOmero en un liquido hidrocarbonado, tal como hexano o tolueno, en presencia de un tensioactivo, un iniciador y un agente de reticulacion adecuados. When water soluble polymers are needed to form the microcellular structure, they must be crosslinked In the case of such polymers, the monomer (such as acrylamide) dissolves in water and forms a HIPE emulsion by dosing this monomer solution in a hydrocarbon liquid, such as hexane or toluene, in presence of a suitable surfactant, initiator and crosslinking agent.
Las proteinas y la celulosa tambien pueden formar estructuras microcelulares. En este caso, estos materiales, junto Proteins and cellulose can also form microcellular structures. In this case, these materials, together
con un emulsionante adecuado, se disuelven en una fase acuosa adecuada (agua para las proteinas y reactivo de Schweitzer, Cu(NH3)4(OH)2, para la celulosa) y se dosifican en un liquido hidrocarbonado para formar una HIPE continua en agua. La reticulacion se consigue mediante la inmersion de la HIPE en una soluciOn de glutaraldehido (para las proteinas) o en una solucion acida (celulosa). with a suitable emulsifier, they dissolve in a suitable aqueous phase (water for proteins and reagent of Schweitzer, Cu (NH3) 4 (OH) 2, for cellulose) and dosed in a hydrocarbon liquid to form a HIPE Continue in water. Crosslinking is achieved by immersing the HIPE in a glutaraldehyde solution (for proteins) or in an acid solution (cellulose).
El procedimiento puede incluir la introducci6n de cualquier modificador adecuado, como se ha definido The procedure may include the introduction of any suitable modifier, as defined
anteriormente, antes o despues de la polimerizaciOn. Por ejemplo, los modificadores pueden introducirse en la fase acuosa dispersa y dosificarse en la fase continua como se ha definido anteriormente. Alternativamente, se emplea una etapa de modificacion posterior a la polimerizaciOn, que simplemente puede tomar la forma de una eliminacion del agente tensioactivo, el electrolito y el monOmero sin reaccionar, un revestimiento, una polimerizaciOn o una reaccion adicional en la superficie del polimero existente. En la tecnica se conocen agentes modificadores y tecnicas demodificaciOn. before, before or after polymerization. For example, modifiers can be introduced in the phase aqueous dispersed and dosed in the continuous phase as defined above. Alternatively, it is used a post-polymerization modification step, which can simply take the form of a removal of the surfactant, the electrolyte and the unreacted monomer, a coating, a polymerization or a additional reaction on the surface of the existing polymer. Modifying agents and techniques are known in the art. demodification
Como se conoce en la tecnica, la polimerizacion se Ileva a cabo en condiciones conocidas de tiempo y temperatura para el respectivo monOmero, oligornero o prepolimero a polimerizar. As is known in the art, polymerization is carried out under known conditions of time and temperature. for the respective monomer, oligornero or prepolymer to polymerize.
Preferiblemente, el polimero se polimeriza en unos moldes individuales, de modo que se forma una piel. Esto tiene la ventaja de prevenir la abrasi6n del polimero durante su uso en un !echo compact°. El metodo alternativo de corte del polimero en material de relleno puede dar lugar a su fragmentaci6n en pequefias particulas. Preferably, the polymer is polymerized in individual molds, so that a skin is formed. This has the advantage of preventing polymer abrasion during use in a single compact. The alternative method of cutting of the polymer in filler material can lead to its fragmentation into small particles.
En un aspecto adicional no reivindicado se proporciona un polimero polyHIPE que comprende un polimero polyhipe de polivinilo y se compone de mon6meros de estireno en fase oleosa, divinilbenceno (DVB) y un tensioactivo (monooleato de sorbitan Span 80), que adicionalmente incorpora un monOmero (tal como la 2-vinilpiridina) para hacer que el polimero sea adsorbente del agua sin provocar que la emulsiOn se separe, que preferiblemente esta presente en una cantidad de 5-10%, y/o un monOmero (tal como el acrilato de 2-etil-hexilo) para incorporar elasticidad y mejorar la absorbencia de choque mecanico y unas buenas caracteristicas de abrasion; que se caracteriza por que el polimero comprende unos poros en el intervalo de 0,1 a de 300 micrometros, por ejemplo 0,1 In a further unclaimed aspect there is provided a polyHIPE polymer comprising a polyhipe polymer polyvinyl and is composed of oily phase styrene monomers, divinylbenzene (DVB) and a surfactant (sorbitan span 80 monooleate), which additionally incorporates a monomer (such as 2-vinylpyridine) for make the polymer adsorbent to water without causing the emulsion to separate, which is preferably present in an amount of 5-10%, and / or a monomer (such as 2-ethylhexyl acrylate) to incorporate elasticity and improve the absorbency of mechanical shock and good abrasion characteristics; That characterized in that the polymer comprises pores in the range of 0.1 to 300 micrometers, for example 0.1
a 0,5 micrometros hasta 200 micrometros, como poros primarios y, opcionalmente, adicionalmente se forman unos poros coalescentes en el intervalo de hasta 10.000 micrometros, por ejemplo hasta 1.000 micrOmetros, si la concentraciOn de co-monOmeros es alta. at 0.5 micrometers up to 200 micrometers, as primary pores and, optionally, additionally some coalescing pores in the range of up to 10,000 micrometers, for example up to 1,000 micrometers, if the Co-monomer concentration is high.
En un aspecto adicional de la invencion, se proporciona el uso de un gasificador, y un metodo para la gasificaciOn de In a further aspect of the invention, the use of a gasifier, and a method for gasification of gasification is provided.
combustible sOlido como se ha definido anteriormente, preferiblemente para generar gases combustibles para su uso en la generaciOn de energia, por ejemplo mediante el uso de motores de combustiOn interna de gas, turbinas de gas, motores diesel de combustible dual o celulas de combustible. solid fuel as defined above, preferably to generate combustible gases for its use in power generation, for example through the use of internal gas combustion engines, gas turbines gas, dual fuel diesel engines or fuel cells.
Con referencia a los dibujos siguientes, se describe ahora una realizaciOn detallada de la invencion, asi como unas caracteristicas preferibles adicionales: With reference to the following drawings, a detailed embodiment of the invention is described, as well as some Additional preferable features:
LaFigura 1 es un diagrama esquernatico que nnuestra un gasificador de acuerdo con la presente invenciOn. Figure 1 is a schematic diagram showing our gasifier in accordance with the present invention.
La Figura 2 es un diagrama esquematico que muestra un sistema de gasificacion con el gasificador empleado en la Figura 1 de acuerdo con la presente invencion. Figure 2 is a schematic diagram showing a gasification system with the gasifier used in the Figure 1 in accordance with the present invention.
El gasificador 1 mostrado en la Figura 1 se puede subdividir en cinco zonas generales. En el extremo superior del gasificador, donde se introduce el combustible por medio de una valvula rotativa 22 de combustible superior con obturacion del paso de aire, este la zona 6 de almacenamiento y secado de combustible. Por debajo de esta zona este la zona de pirolisis 7. The gasifier 1 shown in Figure 1 can be subdivided into five general zones. At the upper end of the gasifier, where the fuel is introduced by means of a rotary valve 22 of upper fuel with clogging of the air passage, this zone 6 of storage and drying of fuel. Below this area This is the pyrolysis zone 7.
La primera zona de oxidacion 8 se encuentra por debajo de la zona de pirOlisis 7 y el aire se la suministra a traves de las toberas 12 de admisi6n de aire situadas en la primera garganta 2 de distribuci6n de aire, la cual define el borde inferior de la zona, y en la parte superior de la zona de reducci6n 5. Esta garganta este inclinada un angulo de The first oxidation zone 8 is below the pyrolysis zone 7 and the air is supplied through of the air intake nozzles 12 located in the first air distribution throat 2, which defines the lower edge of the area, and at the top of the reduction zone 5. This throat is inclined at an angle of
10 a 40°, preferiblemente aproximadamente 20°, a fin de facilitar que el combustible fluya hacia abajo del gasificador, y puede estar curvada como se muestra. Un angulo mayor que 40° conduce a un flujo de combustible limitado. La garganta 2 este soldada rigidamente a la superficie interna del gasificador 1. 10 to 40 °, preferably approximately 20 °, in order to facilitate fuel flow down the gasifier, and may be curved as shown. An angle greater than 40 ° leads to a fuel flow limited. The throat 2 is rigidly welded to the internal surface of the gasifier 1.
El conjunto central de toberas de aire 24 puede facilitar la distribucion del aire en la primera zona de oxidacion, y es particularmente ütil cuando el diametro de la garganta excede de aproximadamente 0,5 metros. Preferiblemente, una tobera tal se encuentra en el centro, por encima de la primera garganta 2 de distribuci6n de aire. El aire se suministra a las toberas 12 de admisi6n de aire desde el conduct° anular 23 formado entre la primera garganta 2 de distribuciOn de aire y la carcasa exterior del gasificador. El aire es admitido en este conducto anular 23 por medio de una valvula 9 de admision de aire primario. Si el conjunto central de toberas de aire 24 este presente, se le suministra aire desde una valvula 25 cuya operaci6n este conectada con la de la valvula 9 de admisi6n de aire The central set of air nozzles 24 can facilitate the distribution of air in the first oxidation zone, and is particularly useful when the throat diameter exceeds approximately 0.5 meters. Preferably a such nozzle is located in the center, above the first throat 2 of air distribution. The air is supplies the air intake nozzles 12 from the annular conduct 23 formed between the first throat 2 of air distribution and the outer casing of the gasifier. Air is admitted into this annular duct 23 by means of a primary air intake valve 9. If the central set of air nozzles 24 is present, it will be It supplies air from a valve 25 whose operation is connected to that of the air intake valve 9
primario. primary.
En un gasificador donde no haya un conjunto central de toberas de aire 24, se prefiere que aproximadamente dos tercios de las toberas 12 de admisiOn de aire ester) situadas en la superficie de la garganta inclinada 2 y que el otro tercio este situado en la zona de reducciOn 5, al menos 20 cm por encima de la parte perforada 3 (vease mas adelante). Si este presente un conjunto central de toberas de aire 24, entonces en cada emplazamiento se sitCia un In a gasifier where there is no central set of air nozzles 24, it is preferred that approximately two thirds of the air intake nozzles 12) located on the surface of the inclined throat 2 and that the other East third located in the reduction zone 5, at least 20 cm above the perforated part 3 (see more ahead). If a central set of air nozzles 24 is present, then at each location a
nCimero igual de toberas. n Equal number of nozzles.
La garganta 2 conduce a la zona de reducci6n 5, que desciende como un tubo c6nico a la segunda zona de oxidaci6n 14. El cilindro que circunscribe la zona de reducciOn 5 tiene una parte de la carcasa perforada para catalisis 3, a fin de limpiar y permitir la evacuacion del gas producto 13 directamente a la segunda zona de oxidacion al nivel del tubo 18 de descarga de gas. El angulo que forma la carcasa 3 perforada pare catalisis con la direcci6n The throat 2 leads to the reduction zone 5, which descends like a conical tube to the second zone of oxidation 14. The cylinder circumscribing the reduction zone 5 has a part of the perforated housing for catalysis 3, in order to clean and allow the evacuation of the product gas 13 directly to the second oxidation zone at the level of the gas discharge tube 18. The angle that forms the perforated housing 3 stops catalysis with the direction
vertical es de 10 a 40°, preferiblemente aproximadamente 20°. vertical is 10 to 40 °, preferably approximately 20 °.
A la segunda zona de oxidaci6n 14 se le sunninistra aire 15 a traves de toberas de aire 17 que estan situadas en la segunda garganta 4 de distribuci6n de aire, la cual define el borde inferior de la zona. Esta garganta tambien este inclinada un angulo 16 de 10 a 40°, preferiblemente aproxinnadamente 20°, a fin de facilitar el flujo de combustible, y aqui se aplican consideraciones similares para el angulo de inclinaciOn de la primera garganta 2 de distribuci6n de The second oxidation zone 14 is supplied with air 15 through air nozzles 17 which are located in the second air distribution throat 4, which defines the lower edge of the area. This throat is also this inclined an angle 16 from 10 to 40 °, preferably approximately 20 °, in order to facilitate the flow of fuel, and similar considerations apply here for the angle of inclination of the first throat 2 of the distribution of
aire. La garganta 4 este soldada rigidamente a la superficie interior del gasificador 1, y preferiblemente este alineada, o mas preferiblemente es simetrica, respecto a la primera garganta 2 de distribuciOn de aire. La expresi6n quot;simetricaquot; como se utiliza aqui significa que las dos gargantas 2 y 4 tienen la misma forma y estan situadas alrededor de un eje vertical comun. air. The throat 4 is rigidly welded to the inner surface of the gasifier 1, and preferably this aligned, or more preferably it is symmetrical, with respect to the first throat 2 of air distribution. The expression quot; symmetricaquot; how it is used here means that the two throats 2 and 4 have the same shape and are located around a common vertical axis.
El aire se suministra a las toberas de admision de aire 17 desde el conducto anular 26 formado entre la segunda garganta 4 de distribuci6n de aire y la carcasa exterior del gasificador. El aire es admitido a este conducto anular 26 por medio de una valvula 15 de admisi6n de aire secundario. Air is supplied to the air intake nozzles 17 from the annular conduit 26 formed between the second throat 4 of air distribution and the outer casing of the gasifier. Air is admitted to this annular duct 26 by means of a secondary air intake valve 15.
En la base del gasificador 1 este situado un transportador de tornillo sin fin 19 para eliminar la mezcla de cenizasescoria que queda al final del procedimiento de gasificaci6n. Las cenizas se descargan por medio de una valvula rotativa 20 con obturacion del paso de aire que tiene encima una valvula de compuerta deslizante 21. At the base of the gasifier 1 an endless screw conveyor 19 is located to eliminate the mixture of ashes ash that is left at the end of the gasification process. The ashes are discharged by means of a valve rotary 20 with shut-off of the air passage that has a sliding gate valve 21 on it.
El gas producido en el gasificador se elimina por medio de unos tubos 18 vorticiales de descarga, que preferiblemente se mantienen a una presion red ucida, es decir, menor que la presi6n atmosferica, mediante el uso de un ventilador de aspiraci6n de gas (Figura 2). The gas produced in the gasifier is removed by means of discharge tubes 18, which preferably they are maintained at an acidic network pressure, that is, less than the atmospheric pressure, by use of a gas suction fan (Figure 2).
La parte superior 6, 7, 8, 5 del gasificador 1 opera de manera similar a un gasificador convencional de corriente descendente, mientras que la parte inferior 14 del reactor del gasificador 1 opera de manera similar a un gasificador de material carbonoso pirolizado de corriente ascendente. The upper part 6, 7, 8, 5 of the gasifier 1 operates similarly to a conventional gasifier of current descending, while the lower part 14 of the gasifier reactor 1 operates similarly to a gasifier of pyrolyzed carbonaceous upstream material.
El area de la secciOn transversal de la primera y segunda zonas de oxidaciOn 8, 14 es menor que el de la zona de almacenamiento de combustible 6 y la zona de pirolisis 7. Con el fin de mantener una distribuciOn uniforme de las temperaturas a traves de estas zonas, el area de la secciOn transversal de la zona de reduccion 5 es menor que el The cross-sectional area of the first and second oxidation zones 8, 14 is smaller than that of the area of fuel storage 6 and the pyrolysis zone 7. In order to maintain a uniform distribution of temperatures across these zones, the cross-sectional area of the reduction zone 5 is less than the
dela primera y la segunda zonas de oxidaciOn 8, 14. of the first and second oxidation zones 8, 14.
En el procedimiento de gasificaci6n se prefiere usar briquetas o pastillas de combustible 11 (tales como biomasa o materiales carbonosos residuales) de tamalio uniforme, a fin de conseguir una distribuciOn uniforme del aire en la secciOn de la garganta por encima de la zona de reducci6n 5. Tambien se prefiere que el diametro maxim° de las briquetas de combustible no sea mayor que un octavo de la parte mas estrecha del gasificador 1, a fin de evitar la In the gasification process it is preferred to use briquettes or fuel pellets 11 (such as biomass or residual carbonaceous materials) of uniform tamalium, in order to achieve a uniform distribution of air in the throat section above the reduction zone 5. It is also preferred that the maximum diameter of the fuel briquettes are not larger than one eighth of the narrowest part of gasifier 1, in order to avoid
formaciOn de puentes en la primera zona de oxidaci6n 8 por encima de la garganta 2. formation of bridges in the first oxidation zone 8 above the throat 2.
A lo largo del gasificador se puede proporcionar unos termopares (no mostrados), a fin de proporcionar el seguimiento del proceso de gasificaciOn. Tambien se puede proporcionar un espet6n rompe-puentes y/o un vibrador (no mostrados) para permitir la destruccion de cualquier puente formado en la primera zona de oxidaciOn 8 por encima de la garganta 2, o para evitar la acumulaciOn de cenizas. El espeton y/o el vibrador pueden estar Thermocouples (not shown) can be provided along the gasifier in order to provide the monitoring of the gasification process. A bridge breaker and / or a vibrator can also be provided. (not shown) to allow the destruction of any bridge formed in the first oxidation zone 8 by above throat 2, or to prevent the accumulation of ashes. The spit and / or the vibrator may be
incorporados a la secci6n externa de la parte superior del gasificador 1. incorporated into the external section of the upper part of the gasifier 1.
El gasificador 1 mostrado en la Figura 1 se opera continuamente despues del encendido y arranque iniciales, lo que normalmente precisa alrededor de 5 a 15 minutos, dependiendo del consumo de combustible. The gasifier 1 shown in Figure 1 is operated continuously after initial ignition and start-up, which It usually takes about 5 to 15 minutes, depending on fuel consumption.
La biomasa y/o los residuos (combustible carbonoso) de naturaleza densa o densificados se cargan en el gasificador 1 desde la valvula 22 de combustible superior. Despues de que se completa la carga de combustible sOlido, la valvula 22 de combustible y la valvula de descarga de cenizas 21 se detienen temporalmente y se cierran hermeticamente, y se arranca la bomba de aspiracion de gas (Figura 2) unida al tubo de descarga 18, para que el reactor alcance una presion de aproximadamente 5 a 10 mbar por debajo de la presiOn atmosferica, momento en el que se introduce en la zona de oxidacion 8 el aire de admisi6n primario por medio del conducto anular 23, mediante la apertura de las valvulas de control 9 y 25. Como dispositivo de encendido se proporciona un quemador de gas (no Biomass and / or residues (carbonaceous fuel) of a dense or densified nature are loaded into the gasifier 1 from the upper fuel valve 22. After the solid fuel load is completed, the fuel valve 22 and the ash discharge valve 21 temporarily stop and close tightly, and the gas suction pump (Figure 2) attached to the discharge tube 18 is started, so that the reactor reaches a pressure of approximately 5 to 10 mbar below the atmospheric pressure, at which time that the primary intake air is introduced into the oxidation zone 8 by means of the annular conduit 23, by the opening of control valves 9 and 25. A gas burner is provided as an ignition device (no
mostrado) situado en el conduct° anular 23, con el fin de encender y calentar el combustible en la zona de oxidaci6n 8 hasta que se inicia la combustiOn. shown) located in the annular conduct 23, in order to ignite and heat the fuel in the oxidation zone 8 until combustion starts.
La distribucion de las toberas de admisiOn de aire 12 y 24 permite la penetracion homogenea del aire a la zona de oxidaci6n 8 para facilitar la combusti6n del combustible al conseguir unas temperaturas altas uniformes (gt;1.000°C). The distribution of the air intake nozzles 12 and 24 allows the homogeneous penetration of the air into the area of oxidation 8 to facilitate combustion of the fuel by achieving uniform high temperatures (> 1,000 ° C).
La igniciOn exterior se detiene una vez que en la primera zona de oxidaciOn 8 se ha establecido una temperatura de The external ignition stops once a temperature of 8 has been established in the first oxidation zone 8
operaciOn por encima de 1.000°C. Simultaneamente, se puede activar la camisa 3 perforada para catalisis mediante el uso de un catalizador a base de metal adecuado para permitir que el gas producto caliente pase a traves de el. En el gasificador 1, esta disposici6n de catalisis microporosa interna permite producir un gas producto 13 exento de alquitran, antes de que el gas salga del gasificador 1. La temperatura de operacion de la primera zona de oxidaci6n, y con ello la cantidad de gas que sale del gasificador, se controlan posteriormente mediante el aumento o la operation above 1,000 ° C. Simultaneously, the perforated jacket 3 can be activated for catalysis by the use of a suitable metal-based catalyst to allow the hot product gas to pass through it. In the gasifier 1, this internal microporous catalysis arrangement allows to produce a product gas 13 free of tar, before the gas leaves the gasifier 1. The operating temperature of the first oxidation zone, and with it the amount of gas leaving the gasifier, are subsequently controlled by increasing or
disminucion de la admision de aire 9. Mediante el control de las admisiones de aire 9, 15 y 25, el gasificador 1 puede operar de manera eficaz a una capacidad tan baja como 20% de su capacidad maxima. reduction of the air intake 9. By controlling the air intake 9, 15 and 25, the gasifier 1 can operate efficiently at a capacity as low as 20% of its maximum capacity.
La alta temperatura alcanzada en la primera zona de oxidaciOn 8 da lugar a una temperatura de aproximadamente 400 a 600°C en la zona de pirOlisis 7, y de aproximadamente 100°C en la zona de secado 6, mediante la radiaciOn del calor ascendente. The high temperature reached in the first oxidation zone 8 results in a temperature of approximately 400 to 600 ° C in the pyrolysis zone 7, and approximately 100 ° C in the drying zone 6, by radiation of rising heat.
Durante la pirOlisis, que puede precisar unos 20 minutos, el combustible denso 11 de tamario uniforme libera gases infiamables y forma un material carbonoso pirolizado sin el suministro de oxigeno. Las siguientes reacciones son tipicas entre las que tienen lugar en la zona de pirolisis: During the pyrolysis, which may take about 20 minutes, the dense fuel 11 of uniform size releases gases Reliable and forms a pyrolyzed carbonaceous material without the supply of oxygen. The following reactions are Typical among those that take place in the pyrolysis zone:
FormaciOn del material pirolizado: Formation of the pyrolized material:
0,17C6H1005 C+ 0,85H2 AH3ooK= -80 kJ/g mol 0.17C6H1005 C + 0.85H2 AH3ooK = -80 kJ / g mol
Desplazamiento del agua a gas: Gas water displacement:
CO + H20 -gt; CO2 4' H2 AH3OOK= -33 kJ/g mol CO + H20 -gt; CO2 4 'H2 AH3OOK = -33 kJ / g mol
FormaciOn de metano: Methane Formation:
CO + 3H2 -gt; CH4 + H2 = -205 kJ/g mol CO + 3H2 -gt; CH4 + H2 = -205 kJ / g mol
AH3OOK AH3OOK
CO2 + 4H2 --* CH4 + 2H20 AH3OOK= -192 kJ/g mol CO2 + 4H2 - * CH4 + 2H20 AH3OOK = -192 kJ / g mol
2C0 + 2H2 CH4+ CO2 H298K= -247,3 kJ/mol 2C0 + 2H2 CH4 + CO2 H298K = -247.3 kJ / mol
Luego, el material carbonoso pirolizado es arrastrado por gravedad debido a su propio peso a la primera zona de oxidacion 8 y despues a la zona de reducciOn 5, en donde tienen lugar a altas temperaturas las reacciones 5 exotermicas y endotermicas, respectivamente. Then, the pyrolyzed carbonaceous material is dragged by gravity due to its own weight to the first zone of oxidation 8 and then to reduction zone 5, where reactions take place at high temperatures 5 exothermic and endothermic, respectively.
Las siguientes reacciones son tipicas entre las que tienen lugar en la zona de oxidaci6n 8. The following reactions are typical among those that take place in the oxidation zone 8.
Oxidacion parcial: Partial oxidation:
C + % 02 CO AH298K= -268 kJ/g mol C +% 02 CO AH298K = -268 kJ / g mol
CO + % 02 —gt; CO2 = -285,0 kJ/g mol CO +% 02 —gt; CO2 = -285.0 kJ / g mol
AH298K AH298K
Una ventaja de la operaci6n de la zona de oxidaciOn 8 a una temperatura de al menos 1.000°C es que el alquitran de los gases de pirolisis producido en la zona de pirOlisis 7 puede ser craqueado en cierta medida para producir hidrocarburos de inferior longitud de cadena. An advantage of the operation of the oxidation zone 8 at a temperature of at least 1,000 ° C is that the tar of the pyrolysis gases produced in the pyrolysis zone 7 can be cracked to some extent to produce hydrocarbons of shorter chain length.
En la zona de reducciOn 5 (a menudo tambien denominada zona de gasificacion), la biomasa se convierte en gas 15 producto mediante la reacci6n con los gases calientes procedentes de las zonas situadas por encima 6, 7 y 8. In the reduction zone 5 (often also called the gasification zone), the biomass is converted into gas 15 product by reacting with hot gases from areas above 6, 7 and 8.
Las siguientes reacciones son tipicas entre las que tienen lugar en la zona de reducciOn 5: The following reactions are typical among those that take place in the reduction zone 5:
FormaciOn de metano: Methane Formation:
C + 2H2 —gt; CH4 H298K= -74,9 kJ/mol C + 2H2 —gt; CH4 H298K = -74.9 kJ / mol
Reacci6n de Boudouard: Boudouard reaction:
Reaccion de gas de agua: Water gas reaction:
CO2 + H2 -gt; CO + H2O H298K= -41,2 kJ/mol CO2 + H2 -gt; CO + H2O H298K = -41.2 kJ / mol
C + H2O lt;— CO+ H2 = -131,3 kJ/mol C + H2O <- CO + H2 = -131.3 kJ / mol
AH298K AH298K
Los gases producto de estas zonas son aspirados luego a traves de la camisa 3 con perforaciones, que se puede The gases produced by these areas are then aspirated through the jacket 3 with perforations, which can be
25 rellenar para una catalisis microporosa altamente activa en la pared que rodea la zona de reducciOn de 5, y salen del gasificador a traves del tubo de descarga 18. El uso de la parte perforada 3 de la pared que rodea la zona de reduccion 5 permite que se craqueen los alquitranes residuales de los gases producto. Tambien se reduce la cantidad de cenizas y las particulas recogidas por los gases producto, particularmente en la segunda zona de oxidaciOn 14, y son transportadas fuera del gasificador 1. 25 fill for a highly active microporous catalysis in the wall surrounding the reduction zone of 5, and leave the gasifier through the discharge tube 18. The use of the perforated part 3 of the wall surrounding the area of reduction 5 allows the residual tars of the product gases to be cracked. It also reduces the amount of ashes and particles collected by the product gases, particularly in the second zone of oxidation 14, and are transported out of the gasifier 1.
30 Las particulas de material pirolizado que quedan, que no se han gasificado completamente en la zona de reduccion 5, entran en la segunda zona de oxidaci6n 14 para la combusti6n y gasificaci6n secundarias de cualquier material pirolizado que quede en las cenizas (mediante reacciones similares a las que se producen en la primera zona de oxidaciOn 8). El gas producto formado en la camara de combustion secundaria 14 se dirige hacia arriba a la descarga 18 debido a la presion negativa aplicada en la descarga 18. La cuantia de la oxidacion secundaria 30 The particles of remaining pyrolized material, which have not been completely gasified in the reduction zone 5, enter the second oxidation zone 14 for secondary combustion and gasification of any material pyrolyzed that remains in the ashes (by reactions similar to those that occur in the first zone of oxidation 8). The product gas formed in the secondary combustion chamber 14 is directed upwards to the discharge 18 due to the negative pressure applied in discharge 18. The amount of secondary oxidation
35 requerida depende del contenido de material pirolizado que queda en las cenizas de los combustibles. Los combustibles con un alto contenido de cenizas, tales como los lodos de aguas residuales, los residuos de cuero, los lodos de residuos de petrOleo, la basura domestica (RDF), la harina de huesos, el estiercol de pollo y de ganado, normalmente dan lugar a una baja conversiOn del carbono en los gasificadores convencionales debido a que las cenizas aislan parte del carbono en la zona principal de oxidaciOn. En el gasificador de la presente invencion, se 35 required depends on the content of pyrolized material remaining in the ashes of the fuels. The fuels with a high ash content, such as sewage sludge, leather waste, sludge from oil waste, household waste (RDF), bone meal, chicken manure and livestock, they usually result in a low conversion of carbon in conventional gasifiers because the Ashes isolate part of the carbon in the main oxidation zone. In the gasifier of the present invention,
40 controla la cuantia de la oxidacion secundaria en la segunda zona de oxidaciOn14 mediante la cantidad de aire admitido por la valvula 15 de admisi6n de aire secundario. 40 controls the amount of secondary oxidation in the second oxidation zone14 by the amount of air admitted by the secondary air intake valve 15.
Las zonas de oxidaciOn secundaria tipicamente operan entre 650 y 850°C. Las mezclas de gases combustibles calientes (a unos 450°C) salen del gasificador 1 por el tubo de descarga 18, despues de pasar por la zona 3 peiforada para catalisis. En la Figura 2, el gas producto, que puede contener una pequefia cantidad de alquitran Secondary oxidation zones typically operate between 650 and 850 ° C. Mixtures of combustible gases hot (at about 450 ° C) leave the gasifier 1 through the discharge pipe 18, after passing through zone 3 peiforada for catalysis. In Figure 2, the product gas, which may contain a small amount of tar
45 (menos de 20-50 mg/m3) y materias en forma de particulas, se descarga a un ciclOn para eliminar particulas y cenizas volantes y luego a uno o mas intercambiadores de calor y a unos lavadores gas-agua con filtros de gas finales para su posterior tratamiento, tal como la precipitacion de los alquitranes o la humedad en el gas producto. 45 (less than 20-50 mg / m3) and particulate matter, is discharged to a cyclone to remove particles and fly ash and then to one or more heat exchangers and gas-water scrubbers with gas filters final for subsequent treatment, such as the precipitation of tars or moisture in the product gas.
Durante la operaci6n normal del gasificador 1, el tornillo sin fin de cenizas 19 y la valvula rotativa 20 operan continuamente a una velocidad de rotaci6n tal que del reactor se extraiga la escoria de modo que no se perturbe el During normal operation of the gasifier 1, the ash screw 19 and the rotary valve 20 operate continuously at a rotational speed such that slag is removed from the reactor so that the
proceso de gasificacion. El modo de operaciOn del tornillo sin fin de cenizas 19 depende del contenido de cenizas de la biomasa y/o los residuos gasificados. gasification process. The mode of operation of the ash worm screw 19 depends on the ash content of biomass and / or gasified waste.
Se prefiere que el gasificador se opere de tal rnodo que el contenido de carbono de las cenizas y escorias eliminadas del gasificador sea menos de 3%. It is preferred that the gasifier be operated in such a way that the carbon content of the ashes and slags removed from the gasifier is less than 3%.
5 LaFigura 2 ilustra un sistema de gasificaciOn que comprende, en serie: el gasificador de la invenciOn, un lavador de agua, una unidad de doble filtro de polimero que funciona en tandem, un ventilador, una unidad de filtro de polimero adicional y unos medios para la salida del gas producto para generaci6n de energia. 5 Figure 2 illustrates a gasification system comprising, in series: the gasifier of the invention, a scrubber water, a double polymer filter unit that works in tandem, a fan, a polymer filter unit additional and means for the output of the product gas for power generation.
Si fuera necesario, el gas procedente del lavador de agua tambien puede no pasar por la primera unidad de doble filtro de polimero, que preferiblemente se compone de dos filtros tipo caja de polimero (esto puede suceder durante el arranque cuando el contenido de alquitran es alto). Durante la operaciOn normal, mientras que el gas este pasando a traves de uno de los filtros tipo caja, el polimero se regenera en el segundo filtro tipo caja mediante el soplado con gas de escape caliente procedente del motor de combustiOn interna. La regeneraci6n se puede realizar a 80°C, mientras que la limpieza del gas se realiza a una temperatura por debajo de 40°C. Durante la regeneraci6n, que en el segundo filtro tipo caja usa un polimero, los gases de escape tambien son limpiados mediante absorcion If necessary, the gas from the water washer may also not pass through the first double unit polymer filter, which preferably consists of two polymer box type filters (this can happen during the start when the tar content is high). During normal operation, while the gas is passing through one of the box type filters, the polymer is regenerated in the second box type filter by means of the blown with hot exhaust gas from the internal combustion engine. Regeneration can be performed at 80 ° C, while gas cleaning is performed at a temperature below 40 ° C. During the regeneration, that in the second box-type filter uses a polymer, the exhaust gases are also cleaned by absorption
15 porel polimero y la materia en forma de particulas tambien es retenida. 15 by the polymer and the matter in the form of particles is also retained.
Esta filtracion en tandem se repite a la salida del ventilador, donde la presiOn es alta, lo que provoca mas condensaciOn de alquitran y humedad en la segunda unidad de doble filtro de polimero, la cual Ileva a cabo la absorcion de agua/alquitran. Existen limitaciones en la temperatura del gas antes de que se pueda alimentar al motor de combustion interna. La temperatura preferida es de aproximadamente 40°C. Por lo tanto, el gas procedente This tandem filtration is repeated at the fan outlet, where the pressure is high, which causes more tar and moisture condensation in the second double polymer filter unit, which carries out the water absorption / tar. There are limitations on the temperature of the gas before it can be fed to the Internal combustion engine. The preferred temperature is about 40 ° C. Therefore, the gas coming
dela salida del ventilador puede que tenga que ser enfriado. Esto facilita la eliminacion del alquitran y la humedad por el polimero microporoso del filtro tipo caja a la salida del ventilador. The fan outlet may have to be cooled. This facilitates the removal of tar and moisture by the microporous polymer of the box-type filter at the fan outlet.
La invenciOn se ilustra ahora de manera no limitativa con respecto a los siguientes ejemplos. The invention is now illustrated in a non-limiting manner with respect to the following examples.
Ejemplo 1 -Metodo de operacion del gasificador segim la invencion. Example 1 - Gasifier operation method according to the invention.
1. Arranque. 1. Start.
25 La etapa de arranque incluye todas las operaciones requeridas hasta que se alcanza el estado de regimen cuando la calidad del gas para el motor es estable y sin interrupciones. Unos lotes de combustible de biomasa previamente pesados se cargan en la tolva hasta un nivel predeterminado. Luego, se conectan el ventilador de aire y la bomba de circulaciOn del lavador de agua. Sobre la parrilla se enciende el combustible usando unos encendedores de combustible solid°. 25 The start-up stage includes all the operations required until the regime status is reached when the Gas quality for the engine is stable and without interruptions. A few batches of biomass fuel previously Heavy weights are loaded into the hopper to a predetermined level. Then, the air fan and the pump are connected water washer circulation. The fuel is ignited on the grill using a cigarette lighter solid fuel °.
2. Operacion del gasificador. 2. Gasifier operation.
Los datos medidos son el caudal de combustible, el caudal de gas, la composici6n del gas, la temperatura y la presiOn. Con un conversor analOgico-digital se registraron cada 15 s las temperaturas del aire de entrada, la zona de secado, la zona de pirolisis, la salida de la garganta y del lavador. Tambien se midieron las perdidas de carga en la salida del gasificador y del lavador de agua. Mediante un medidor de caudal de gas situado despues del ventilador The measured data are the fuel flow, the gas flow, the gas composition, the temperature and the Pressure. With an analog-to-digital converter, the input air temperatures, the area of drying, the pyrolysis zone, the exit of the throat and the scrubber. Load losses were also measured in the outlet of the gasifier and water washer. Through a gas flow meter located after the fan
35 deaspiraci6n se midio el caudal de gas producto. A partir de las muestras de gas tomadas en las salidas del gasificador y del lavador de agua, se determin6 la cantidad de alquitran y de condensado en el gas producto. The aspiration of the product gas flow rate was measured. From the gas samples taken at the outputs of the gasifier and water washer, the amount of tar and condensate in the product gas was determined.
En las bandejas respectivas del filtro tipo caja se colocaron astillas de madera y material carbonoso pirolizado, limpios y secos, para su uso como filtros. Se regul6 el medidor de caudal de gas para el caudal requerido. Se arranch el ventilador de aire y despues se conect6 la bomba de circulaciOn (la bomba del lavador de agua) en el lado del tanque de agua. Luego, se encendiO el encendedor piloto para encender el gas producto. Se midi6 el caudal de gas producto mediante el medidor de caudal de gas situado despues del ventilador de aspiraci6n. Se us6 un ventilador de circulaciOn (ventilador acelerador del gas) para proporcionar el efecto de succi6n que se ejerceria por el motor acoplado al gasificador, a fin de sacar del gasificador el gas producto, a traves del lavador, hasta la chimenea, donde se querno despues de su encendido mediante un quemador piloto. Se midio continuamente la Wood chips and pyrolized carbonaceous material were placed in the respective trays of the box-type filter, clean and dry, for use as filters. The gas flow meter was regulated for the required flow rate. Be the air fan was started and then the circulation pump (the water washer pump) was connected on the side of the water tank. Then, the pilot lighter was ignited to ignite the product gas. The flow rate of product gas through the gas flow meter located after the suction fan. It used a circulation fan (gas accelerator fan) to provide the suction effect that would be exerted by the engine coupled to the gasifier, in order to remove the product gas from the gasifier, through the scrubber, to the chimney, where it was wanted after its ignition by means of a pilot burner. The
45 temperatura en seis lugares diferentes mediante unos termopares, y se registraron los datos en un ordenador. 45 temperature in six different places by means of thermocouples, and the data was recorded in a computer.
3. Limpieza del gas. 3. Gas cleaning.
Se use un aparato en forma de tubo en U para recoger el alquitran y el condensado, y para limpiar las muestras de gas para su analisis. Basicamente, el aparato en forma de tubo en U consistia en una sonda para toma de muestras de acero inoxidable de 5 mm de diametro unida a un tubo de plastico. Este contenia dos tubos Pyrex en forma de quot;Uquot; en serie para captar el alquitran y la humedad. El primer separador contenia unas perlas esfericas de vidrio de un diametro menor para proporcionar un area superficial grande para el gas producto humedo, mientras que el segundo separador contenia gel de silice entre dos piezas de lana de vidrio). Para extraer el gas a traves del tubo de muestras se us6 una bomba de vacio (AEI tipo BS 2406, 0,25 HP). Entre los tubos en U y la bomba de vacio se coloc6 un rotametro (MEG Fischer, 10 Umin). Se anot6 el tiempo de flujo de gas a traves del tubo, a un caudal de A U-shaped device is used to collect tar and condensate, and to clean the samples of gas for analysis. Basically, the U-shaped device consisted of a probe for sampling 5 mm diameter stainless steel attached to a plastic tube. This contained two Pyrex tubes in the form of quot; in series to capture tar and moisture. The first separator contained spherical glass beads of a smaller diameter to provide a large surface area for the wet product gas, while the second separator contained silica gel between two pieces of glass wool). To extract the gas through the tube samples a vacuum pump (AEI type BS 2406, 0.25 HP) was used. Between the U-tubes and the vacuum pump is He placed a rotameter (MEG Fischer, 10 Umin). The gas flow time through the tube was recorded at a flow rate of
55 gas constante, para hallar el contenido de alquitran del gas producto. 55 constant gas, to find the tar content of the product gas.
4. Parada. 4. Stop.
El procedimiento de parada incluy6 todas las acciones para cerrar hermeticamente de forma segura el gasificador. El ordenador, el lavador de agua, las toberas de aire del gasificador, el ventilador de circulacion y el extractor de aire de la caldera se pararon en una secuencia ordenada, usando como quemador del gas efluente residual un quemador The stop procedure included all the actions to close the gasifier in a safe way. He computer, water washer, gas nozzles, circulation fan and exhaust fan the boiler stopped in an orderly sequence, using a burner as a residual effluent gas a burner
degas natural secundario hasta que no se produjo gas combustible. secondary natural degas until no combustible gas was produced.
5. Tratamiento de los datos. 5. Data processing.
Para el completo balance de masas, el procedimiento de limpieza incluy6 todos los procedimientos necesarios para recoger el alquitran, el carbon, las cenizas y el condensado. Despues de que se enfri6 el reactor, se determin6 la cantidad de cenizas y de material pirolizado mediante la recogida de los mismos en la camara de cenizas. Por For the complete mass balance, the cleaning procedure included all the necessary procedures for Collect tar, carbon, ashes and condensate. After the reactor was cooled, the amount of ashes and pyrolized material by collecting them in the ash chamber. By
ultimo, se abri6 la placa superior del gasificador para retirar y comprobar cuidadosamente todo el bagazo de caria de an:mar no usado. Se calculo la velocidad promedio de alimentacion de combustible, dividiendo el bagazo de caria de azticar total consumido por el tiennpo total de operaciOn del gasificador. Finally, the upper plate of the gasifier was opened to carefully remove and check the entire cargas bagasse from an: unused sea. The average fuel feed rate was calculated, dividing the cargas bagasse from Total sugar consumed by the total operating time of the gasifier.
6. Preparaci6n del combustible. 6. Fuel preparation.
En la gasificaci6n fue importante la consistencia del combustible de biomasa, con el fin de conseguir un flujo In the gasification the consistency of the biomass fuel was important, in order to achieve a flow
continuo a traves del reactor y para proporcionar una composicion del gas producto y un poder calorific° fiables para los procedimientos de conversiOn de energia de aguas abajo. Por otra parte, la densificacion del combustible de biomasa redujo el tamalio del reactor, mientras que la forma y el tamario del combustible densificado redujo las fluctuaciones de los caudales de gas y de combustible, asi como la calidad del producto posterior. Para los combustibles de biomasa que ya son densos, tales como las astillas de madera, aunque la densificaciOn adicional no continuous through the reactor and to provide a reliable product gas composition and calorific value for downstream energy conversion procedures. Moreover, the fuel densification of biomass reduced the size of the reactor, while the shape and size of the densified fuel reduced the fluctuations in gas and fuel flow rates, as well as subsequent product quality. For the Biomass fuels that are already dense, such as wood chips, although the additional densification does not
escrucial, si es deseable. Sin embargo, para los combustibles con grandes variaciones de contenido y baja densidad aparente, tales corn° los residuos sOlidos urbanos, es absolutamente inevitable. Por lo tanto, los residuos solidos urbanos, despues de la eliminacion de los metales y el vidrio, o bien se tratan termicamente para obtener un polvo rico en celulosa o bien se trituran y posteriormente se briquetean para densificar el combustible. scriptural, if desirable. However, for fuels with large variations in content and low bulk density, such as urban solid waste, is absolutely inevitable. Therefore the waste urban solids, after the removal of metals and glass, or are heat treated to obtain a Powder rich in cellulose or crushed and then briquetted to densify the fuel.
Cuando el material a gasificar es liquido, tal como los lodos de refineria de petroleo, o bien se puede secar para When the material to be gasified is liquid, such as oil refinery sludge, or it can be dried to
obtener un material solid° o bien se puede nnezclar con un vehiculo sOlido, preferentemente biomasa. Una de tales biomasas usadas fue la harina de huesos que contiene grandes cantidades de calcio. Por lo tanto, es Call eliminar el azufre del aceite mediante la formaci6n de sulfato de calcio. to obtain a solid material or it can be connected with a solid vehicle, preferably biomass. One such Biomass used was bone meal that contains large amounts of calcium. Therefore, it is Call remove the sulfur of the oil by the formation of calcium sulfate.
7. Analisis del gas. 7. Gas analysis.
Para analizar las muestras de gas se us6 un cromat6grafo de gases (Shimadzu GC-8A), usando helio como gas To analyze the gas samples, a gas chromatograph (Shimadzu GC-8A) was used, using helium as a gas
vehiculo. La cromatografia de gases (GC) tenia columnas duales (chromosorp 101 y tamices moleculares) y un detector de conductividad termica. En la Tabla 4.1 se proporcionan los parametros que influyen en el tiempo y la cuantia de retencion de los gases para cada columna. Al mismo tiempo, el gas se hizo pasar a traves del aparato en forma de tubo en U para hallar las cantidades de alquitran y de condensado en el gas humedo producido. Ocasionalmente, a lo largo del experimento se midi() la humedad del aire en la proximidad del aparato de ensayo para efectuar calculos exactos del balance de masas y energia. vehicle. Gas chromatography (GC) had dual columns (chromosorp 101 and molecular sieves) and a thermal conductivity detector. Table 4.1 provides the parameters that influence time and amount of retention of gases for each column. At the same time, the gas was passed through the apparatus in U-shaped tube to find the amounts of tar and condensate in the wet gas produced. Occasionally, throughout the experiment the humidity of the air in the vicinity of the test apparatus was measured () to make exact calculations of the mass and energy balance.
Ejemplo 2 -Resultados de la gasificacion con varias alimentaciones solidas. Example 2 - Results of gasification with several solid feeds.
Tabla 2A. Entrada de combustible Table 2A Fuel inlet
Lodosde Cascaras AstiIl as de Residuos Sludges from Waste Shells
COMPONENTES COMPONENTS
aguas residuales deavell ana residuosdemadera decuero Taman°(mm) 35,0x10,0x5,0 17,8x16,5x8,5 50,0x30,0x8,5 70,0x50,0x50 Densidadabs. (kg/m3) 315,04 944,84 836,63 945,13 sewage deavell ana waste SIZE ° (mm) 35.0x10.0x5.0 17.8x16.5x8.5 50.0x30.0x8.5 70.0x50.0x50 Densidadabs. (kg / m3) 315.04 944.84 836.63 945.13
Densidadaparente(kg/m3) 230,72 319,14 250,28 537,30 C (%) 39,48 46,76 43,43 43,59 H(%) 6,19 5,76 6,08 6,95 0 (%) 25,46 45,83 46,29 32,28 N(%) 3,93 0,22 0,67 10,84 S (%) 1 ,45 0,67 0,43 1 ,45 Cenizas(%) 23,51 0,77 3,11 4,89 Contenidode humedad (%) 11 ,75 12,45 14,87 11 ,23 Materiavolatil(%) 53,48 62,70 64,79 65,75 Carbonoifjado(%) 11 ,27 24,08 17,24 18,23 HHV(IGT)(MJ/kg) 17,86 18,08 17,20 20,54 HHV(datos)(MJ/kg) 17,14 17,36 16,43 19,93 Clear density (kg / m3) 230.72 319.14 250.28 537.30 C (%) 39.48 46.76 43.43 43.59 H (%) 6.19 5.76 6.08 6.95 0 (%) 25.46 45.83 46.29 32.28 N (%) 3.93 0.22 0.67 10.84 S (%) 1, 45 0.67 0.43 1.45 Ashes (%) 23.51 0.77 3.11 4.89 Moisture content (%) 11, 75 12.45 14.87 11, 23 Materiavolatil (%) 53.48 62.70 64.79 65.75 Carbon fiber (%) 11, 27 24.08 17.24 18.23 HHV (IGT) (MJ / kg) 17.86 18.08 17.20 20.54 HHV (data) (MJ / kg) 17.14 17.36 16.43 19.93
Tabla 2B. Salida del gasificador Table 2B Gasifier outlet
Gas producto Product gas
H2 02 N2 CH4 CO CO2 C2112 C2116 GCV H2 02 N2 CH4 CO CO2 C2112 C2116 GCV
(Seco) (Seco) (Seco) (Seco) (Seco) (Seco) (Seco) (Seco) (Seco) Tipo de (Dry) (Dry) (Dry) (Dry) (Dry) (Dry) (Dry) (Dry) (Dry) Kind of
(%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (MJ/N1113) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (MJ / N1113)
combustible Aguasresiduales 9,25 1 ,28 63,04 1 ,83 13,39 9,63 1 ,13 0,43 4,82 Avellana 13,13 0,93 53,33 2,18 20,66 9,52 0,15 0,11 5,40 Madera 16,58 0,07 53,38 2,04 14,32 13,22 0,27 0,13 5,11 Cuero 10,12 0,28 56,39 1 ,11 21 ,43 10,16 0,23 0,28 4,92 fuel Wastewater 9.25 1, 28 63.04 1, 83 13.39 9.63 1, 13 0.43 4.82 Hazelnut 13.13 0.93 53.33 2.18 20.66 9.52 0.15 0.11 5.40 Wood 16.58 0.07 53.38 2.04 14.32 13.22 0.27 0.13 5.11 Leather 10.12 0.28 56.39 1, 11 21, 43 10.16 0.23 0.28 4.92
Tabla 2C. Valores de emisiOn de los gases de combustion (mg/m3) Table 2C Emission values of combustion gases (mg / m3)
NO SO2 NO2 NO NH2 H2S HCN HF HCI Lodosdeaguasresiduales 14-45 102-11 2 indicios 22-49 NA NA NA NA NA Cascarasdeavel lana 10-15 20-70 indicios 12-25 NA NA NA NA NA Residuosde madera 8-12 13-24 indicios 11-27 NA NA NA NA NA Residuosdecuero 8-14 1-7 1-2 4-12 NA NA NA NA NA NO SO2 NO2 NO NH2 H2S HCN HF HCI Residual sludge 14-45 102-11 2 indications 22-49 NA NA NA NA NA Cascarasdeavel wool 10-15 20-70 signs 12-25 NA NA NA NA NA Wood waste 8-12 13-24 signs 11-27 NA NA NA NA NA Waste waste 8-14 1-7 1-2 4-12 NA NA NA NA NA
Tabla 2D. Distribuci6n de la temperatura 2D table. Temperature distribution
Temperatura Temperature
Temperatura Ternperatura Temperatura Temperatura Temperature Temperature Temperature Temperature
de entrada almotor almotor input
de lagarganta depirOlisis desecado delgasproducto of the throat depir Desiccated analysis of the product
T5 (°C) T5 (° C)
T1 (°C) T2 (°C) T3 (°C) T4 (°C) T1 (° C) T2 (° C) T3 (° C) T4 (° C)
Aguas residuales 1 .100 500 150 300 35 Avel lana 1 .250 560 170 320 40 Madera 1 .150 500 130 280 30 Cuero 1 .280 590 180 350 45 Wastewater 1 .100 500 150 300 35 Wool hazel 1 .250 560 170 320 40 Wood 1 .150 500 130 280 30 Leather 1,280 590 180 350 45
Ejemplo 3 -Resultados de la gasificacion con varias alimentaciones. Tabla 3A. Entrada de combustible Example 3 - Results of gasification with various feeds. Table 3A Fuel inlet
Residuos de Huesos de Residuos cl inicos Bone Waste from Clinical Waste
COMPONENTES RDF MSW* RDF MSW COMPONENTS *
neumaticos aceituna tratadostermicamente Taman° (mm) 1 ,5x0,5x1 ,5 70x50x70 1x3x1 10x20x10 Densidad abs. (kg/m3) NA 897,43 NA NA Densidadaparente(kg/m3) NA 502,16 NA NA C (%) NA 48,00 46,70 NA H (c/10) NA 5,95 6,20 NA 0 (%) NA 32,46 29,90 NA N (%) NA 1 ,54 0,74 NA S(%) 1 ,98 0,48 0,30 NA Cenizas(%) 3,62 11 ,87 16,90 4,5 Contenidodehumedad (%) 1 ,20 10,11 5,42 6,5 Materiavolatil(%) 65,78 58,71 61 ,11 58,00 Carbonofijado(%) 29,40 19,31 16,57 31 ,00 HHV (IGT) (MJ/kg) 35,01 18,03 20,25 23,25 HHV(datos)(MJ/kg) 35,14 17,50 20,22 NA thermally treated olive tires SIZE ° (mm) 1, 5x0.5x1, 5 70x50x70 1x3x1 10x20x10 Density abs. (kg / m3) NA 897.43 NA NA Clear density (kg / m3) NA 502.16 NA NA C (%) NA 48.00 46.70 NA H (c / 10) NA 5.95 6.20 NA 0 (%) NA 32.46 29.90 NA N (%) NA 1, 54 0.74 NA S (%) 1, 98 0.48 0.30 NA Ashes (%) 3.62 11, 87 16.90 4.5 Moisture content (%) 1, 20 10.11 5.42 6.5 Materiavolatil (%) 65.78 58.71 61, 11 58.00 Carbon fixation (%) 29.40 19.31 16.57 31.00 HHV (IGT) (MJ / kg) 35.01 18.03 20.25 23.25 HHV (data) (MJ / kg) 35.14 17.50 20.22 NA
Tabla 3B. Salida del gasificador Table 3B Gasifier outlet
- Gas producto H2 (Seco) H2 product gas (Dry)
- 02 (Seco) N2 (Seco) CH4 (Seco) CO (Seco) CO2 (Seco) C2H2 (Seco) C2H6 (Seco) GCV (Seco) 02 (Dry) N2 (Dry) CH4 (Dry) CO (Dry) CO2 (Dry) C2H2 (Dry) C2H6 (Dry) GCV (Dry)
- Ti po de combusti bl e (%) Fuel type (%)
- (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (MJ/Nm3) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (MJ / Nm3)
- Resi duos de neumaticos 1 0, 60 Waste of tires 1 0, 60
- 1 , 01 40, 06 2, 80 25, 1 3 1 9, 53 0, 98 0, 71 6, 77 1, 01 40, 06 2, 80 25, 1 3 1 9, 53 0, 98 0, 71 6, 77
- Huesos de aceituna 1 0, 01 Olive Bones 1 0, 01
- 1 , 80 61 , 1 0 2, 50 1 2, 90 1 0, 1 0 1 , 30 0, 1 7 5, 04 1, 80 61, 1 0 2, 50 1 2, 90 1 0, 1 0 1, 30 0, 1 7 5, 04
- RDF-MSW 1 2, 1 5 RDF-MSW 1 2, 1 5
- 1 , 20 52, 00 2, 73 1 8, 1 7 1 2, 23 1 , 09 0, 43 6, 05 1, 20 52.00 2, 73 1 8, 1 7 1 2, 23 1, 09 0, 43 6, 05
- Residuos cl i ni cos Clinical waste
Tabla 3C. Valores de emisi6n de los gases de combusti6n (mg/m3) NO SO2 NO2 NO NH2 H2S HCN HF HCI Residuosde neurnaticos NA NA NA NA NA NA NA NA NA Huesosdeaceituna 5 7 rastro rastro NA NA NA NA NA RDF-MSW NA NA NA NA NA NA NA NA NA Residuosclinicos Table 3C Emission values of combustion gases (mg / m3) NO SO2 NO2 NO NH2 H2S HCN HF HCI Residuosde Neurnaticos NA NA NA NA NA NA NA NA NA Bones of olive 5 7 trace trace NA NA NA NA NA RDF-MSW NA NA NA NA NA NA NA NA NA Residuosclinicos
NANA NA NA NANANANANA NANA NA NA NANANANANA
tratados termicamente heat treated
Tabla 3D. DistribuciOn de la temperatura 3D table. Temperature distribution
Temperatura Ternperatura Temperatura Temperatura Temperatura de lagarganta depirolisis desecado delgasproducto deentradaalmotor Temperature Temperature Temperature Temperature Temperature of the throat of the desiccated desirolysis of the gas
T1 (°C) T2 (°C) 13 (°C) Is (°C) Ts (°C) T1 (° C) T2 (° C) 13 (° C) Is (° C) Ts (° C)
Residuosde Residues of
1300 700 300 450 42 1300 700 300 450 42
neumaticos tires
Huesos de Bones of
1 1 50 450 140 250 37 1 1 50 450 140 250 37
aceituna olive
RDF-MSW 1210 600 230 300 40 RDF-MSW 1210 600 230 300 40
Residuos Waste
1200 610 240 300 40 1200 610 240 300 40
cl inicos clinics
* RDF/MSW: Residuos sOlidos urbanos * RDF / MSW: Urban Solid Waste
Conclusion Conclusion
5 Como se muestra en las Tablas 2A y 2B, las operaciones proporcionaron con todos los combustibles un buen control de la temperatura, proporcionando en la primera zona de oxidaciOn una temperatura de garganta de cerca de 1.000°C. Las propiedades del gas producto fueron excelentes, proporcionando en todos los casos una buena composiciOn del combustible para su posterior combustiOn. Particularmente, todos los combustibles se caracterizaron por tener 6 megajulios/m3, mas del minim° de 4 nnegajulios/m3 necesario para la combustion en un 5 As shown in Tables 2A and 2B, operations provided good control with all fuels of the temperature, providing in the first oxidation zone a throat temperature of about 1,000 ° C The properties of the product gas were excellent, providing in all cases a good Composition of the fuel for later combustion. Particularly, all fuels are characterized by having 6 megajoules / m3, more than the minimum of 4 nnegajoules / m3 necessary for combustion in a
10 motor de combustiOn. 10 combustion engine.
Como se muestra en las Tablas 3A y 3B, esto es adecuado para una ignici6n limpia at proporcionar unas emisiones bajas, por ejemplo: As shown in Tables 3A and 3B, this is suitable for a clean ignition at providing emissions. casualties, for example:
NO (5 mg/m3) y SO2 (7 mg/m3) y niveles de indicios para el NO2 y el NO. NO (5 mg / m3) and SO2 (7 mg / m3) and levels of evidence for NO2 and NO.
Ejemplo 4 -PreparaciOn del polimero polyhipe para uso en un filtro que no es de acuerdo con la invencion. Example 4 -Preparation of the polyhipe polymer for use in a filter that is not in accordance with the invention.
15 AcontinuaciOn se proporciona la composiciOn de las fases oleosa y acuosa: 15 The composition of the oil and water phases is given below:
Fase oleosa: Mon6mero de estireno: (78-XYZ)% Monomer° de 2-vinilpiridina: X% Mon6mero de acrilato de 2-etilhexilo: Y% Oil phase: Styrene monomer: (78-XYZ)% Monomer ° of 2-vinylpyridine: X% 2-ethylhexyl acrylate monomer: Y%
20 Iniciador soluble en la fase oleosa: Z% Divinilbenceno (agente de reticulaciOn): 8% Mono-monooleato de sorbitan (tensioactivo iniOnico Span 80): 14% 20 Soluble initiator in the oil phase: Z% Divinylbenzene (crosslinking agent): 8% Sorbitan mono-monooleate (Span 80 inorganic surfactant): 14%
Fase acuosa: Agua con un contenido de Z% de persulfato de potasio. Aqueous phase: Water with a content of Z% potassium persulfate.
El volumen de fase preferido de la fase acuosa es 80-95%, mas preferiblemente 90-95%. The preferred phase volume of the aqueous phase is 80-95%, more preferably 90-95%.
25 La inclusiOn del mon6mero 2-vinilpiridina en altas concentraciones dio lugar a la ruptura de la emulsiOn. Por lo tanto, el valor preferido de X se encuentra entre 5-10%. 25 The inclusion of the 2-vinylpyridine monomer in high concentrations resulted in the rupture of the emulsion. Thus, The preferred value of X is between 5-10%.
El uso de acrilato de 2-etilhexilo es para hacer que el polimero microporoso sea elastic°. La elasticidad del polimero da lugar a una mejor absorbencia de choque nnecanico y unas buenas caracteristicas de abrasiOn. La elasticidad tambien es (Ail para mejorar la capacidad de captaciOn de agua del polimero hidrofilo. El valor preferido de la The use of 2-ethylhexyl acrylate is to make the microporous polymer elastic. The elasticity of the polymer It results in better absorbency of nnecanic shock and good abrasion characteristics. Elasticity It is also (Ail to improve the water uptake capacity of the hydrophilic polymer. The preferred value of the
30 concentracion de acrilato de 2-etilhexilo es de hasta Y=30%, pero mas preferiblemente, Y=15%. The concentration of 2-ethylhexyl acrylate is up to Y = 30%, but more preferably, Y = 15%.
La fase acuosa y/o el iniciador soluble en la fase oleosa estan presentes en una cantidad de Z=0-1%. El iniciador de la fase oleosa esta presente cuando no se usa un iniciador de la fase acuosa que contiene azufre (persulfato de potasio). The aqueous phase and / or the soluble initiator in the oil phase are present in an amount of Z = 0-1%. The initiator of the oil phase is present when a sulfur-containing aqueous phase initiator is not used (persulfate of potassium).
La preparacion de la emulsion se Ilevo a cabo en un mezclador por lotes a partir de una fase oleosa y una fase The preparation of the emulsion was carried out in a batch mixer from an oil phase and a phase
35 acuosa, la emulsion se dosificO a una velocidad predeterminada, mientras que se agitaba a una velocidad de rotacion constante. Se predetermino la velocidad de dosificacion, la velocidad de deformaciOn y la velocidad de mezcladura, en funciOn del volumen de las respectivas fases, el diametro del mezclador por lotes y de los impulsores, la velocidad de rotacion de los impulsores y el tiempo de homogeneizacion. The aqueous emulsion was dosed at a predetermined rate, while stirring at a rate of constant rotation The dosing speed, deformation speed and the speed of mixing, depending on the volume of the respective phases, the diameter of the batch mixer and the impellers, the rotation speed of the impellers and the homogenization time.
Con el fin de eliminar las diferencias en el rendimiento de las diferentes condiciones de mezcladura, la mezcladura 40 secaracterizO por medio de: In order to eliminate the differences in performance of the different mixing conditions, the mixing 40 dryness by means of:
Velocidad de dosificaciOn: RD = / tD Dosing rate: RD = / tD
VA GOES
Velocidad de deformacion durante la dosificacion: RE = VA I (tDVO) Deformation rate during dosing: RE = VA I (tDVO)
Tasa de mezcladura: Rm= D1 / Do Mixing Rate: Rm = D1 / Do
Donde: VA = Volumen de la fase acuosa ariadida durante el periodo de tiempo to. Where: VA = Volume of the aqueous phase added during the period of time to.
5 Vo= Volumen de la fase oleosa puesta en el mezclador por lotes. D1 = Diametro de los impulsores. Do = Diametro del mezclador por lotes. 0 = Velocidad de rotaci6n. 5 Vo = Volume of the oil phase placed in the batch mixer. D1 = Diameter of the impellers. Do = Batch mixer diameter. 0 = Rotation speed.
Tannbien se definio tH como el tiempo de homogeneizaciOn y tT como el tiempo total de mezcladura. Also tH was defined as the homogenization time and tT as the total mixing time.
10 1-r 10 1-r
= tD 111 = tD 111
En un tanque de mezcla de 8,5 cm de diametro se usaron dos impulsores de paleta plana (8 cm de diametro y 1,4 cm de ancho). La separaci6n del impulsor era de 1 cm. Se pusieron 25 ml de la fase oleosa en la parte inferior del tanque y se dosificaron 225 ml de la fase acuosa, usando 4 puntos de alimentaciOn. La temperatura de la fase acuosa oscilo de -1,0 a 80°C. In a 8.5 cm diameter mixing tank two flat vane impellers (8 cm in diameter and 1.4 cm) were used cm wide) The impeller spacing was 1 cm. 25 ml of the oil phase was placed at the bottom of the tank and 225 ml of the aqueous phase were dosed, using 4 feeding points. Phase temperature aqueous oscillate from -1.0 to 80 ° C.
15 Enla preparacion del polimero con vinilpiridina, la polimerizacion se Ilevo a cabo a 40°C durante 8 horas y despues a 50°C durante 8 horas y, finalmente, otras 8 horas a 60°C. Esto asegurO que la emulsion no se desestabilizara durante la polimerizaciOn. Se ha descubierto que durante la quot;fase de secadoquot; los polimeros no se deben secar excesivamente. Un secado excesivo da lugar a la reducci6n de la capacidad de absorcion de agua del polimero, asi como a la reducci6n de la tasa de captacion de agua. Tipicamente, la capacidad de absorci6n de agua de estos In the preparation of the polymer with vinyl pyridine, polymerization was carried out at 40 ° C for 8 hours and then at 50 ° C for 8 hours and finally another 8 hours at 60 ° C. This ensured that the emulsion would not destabilize. during polymerization. It has been discovered that during the "drying phase"; the polymers should not dry excessively. Excessive drying results in the reduction of the polymer's water absorption capacity, as well as to the reduction of the water collection rate. Typically, the water absorption capacity of these
20 polimeros fue de 10-12 veces su propio peso. 20 polymers was 10-12 times their own weight.
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